Verfahren und Anlage zum Druckgiessen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung lunkerfreier Gußstücke aus Metallen oder deren Legierungen durch Pressen der Schmelze unter hohem Giessdruck in einen Formhohlraum, wobei das Metall während der Erstarrung unter Druck gehalten wird. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-C-432 698 bekannt. Zudem liegt im Rahmen der Erfindung eine Druckgiessanlage zur Herstellung lunkerfreier Gußstücke aus Metallen oder deren Legierungen, welche folgende Teile umfasst: mindestens zwei einen Formhohlraum bildende Formteile mit Formtrennflächen; eine über einen Anschnitt in den Formhohlraum mündende Füllkammer sowie mindestens eine in den Formhohlraum mündende Bohrung, in welche je ein Auswerferstift eingesetzt ist.

[0002] Der Druckguss stellt eine verbreitete, kostengünstige Methode dar, aus Metallschmelze in einem Arbeitsgang Fertigteile herzustellen. Diese bedürfen höchstens noch geringer Nachbearbeitung. Das Verfahren wird insbesondere beim Giessen von Aluminium, Magnesium, Kupfer und Zink sowie deren Legierungen angewandt und wird speziell für dünnwandige Teile komplizierter Formgebung bevorzugt.

[0003] Während des Formfüllungsablaufs im Formhohlraum anwesende Gase führen neben anderen Ursachen zu Poren im erstarrten Werkstück. Solche Poren mindern die Qualität der Produkte und schränken somit das Anwendungsgebiet von Druckgussteilen wesentlich ein. Der Ursprung der Gase ist vielfältig: 1) Beim Öffnen der Maschine zur Entnahme der Druckgussteile füllt sich der Formhohlraum mit Luft. 2) Zur Verhinderung des Klebens des Gußstücks an der Form muss der Formhohlraum periodisch mit einem Trennmittel beschichtet werden. Die bei der Temperatur der Schmelze flüchtigen Bestandteile dieser Trennmittel, beziehungsweise ihrer Applikationshilfsmittel, bilden Gase. 3) Insbesondere im Bereich der Füllkammer müssen Schmiermittel eingesetzt werden. Dämpfe hiervon gelangen ebenfalls in den Formhohlraum.

[0004] Verschiedene Methoden und Anlagen wurden daher schon entwickelt, um während der Formfüllung und Erstarrung im Formhohlraum die Menge der porenbildenden Gase zu reduzieren. Dabei sind zwei Entwicklungsrichtungen zu unterscheiden: A) Herstellung eines möglichst hochgradigen Vakuums im Formhohlraum und in der Füllkammer unmittelbar vor der Giessphase. B) Spülen der Hohlräume mit einem Gas, welches mit dem zu vergiessenden Metall innert genügend kurzer Zeit eine Reaktion einzugehen vermag, wobei die Reaktionsprodukte feste Stoffe mit entsprechend kleinem Volumenanteil sein müssen.

[0005] Aber auch nach einer Eliminierung der auf Gaseinschlüsse zurückzuführenden Poren treten aufgrund der Erstarrungsschrumpfung Lunker auf. Durch Nachspeisung und Verdichtung der erstarrenden Schmelze wird versucht, das Lunkervolumen zu verringern. Bei einfachen Gussformen sowie bei verhältnismässig leicht giessbaren Legierungen gelingt es nahezu lunkerfrei zu giessen. Bei anspruchsvolleren Gussformen müssen jedoch bereits aufwendige Verfahren angewendet werden, um Lunker wirksam zu reduzieren. So ist beispielsweise aus der DE-C-2 517 140 ein Druckgiessverfahren bekannt, bei welchem zunächst die Luft aus dem Formhohlraum durch Spülen mit einem mit der zu giessenden Metallschmelze stark reaktionsfähigen Gas verdrängt und anschliessend die Metallschmelze in den mit dem Gas gefüllten Formhohlraum gepresst wird und nach Ablauf einer Zeit von 1 bis 3 Sekunden nach Beendigung des Einspritzens der Metallschmelze, jedoch vor Ablauf einer bestimmten, von der Druckgußstückdicke abhängigen Zeit, ein Einpreßstab mit einem Druck von 50 bis 300 MPa in den Formhohlraum getrieben wird. Der Einpreßstab ist an einer geeigneten Stelle in der Form angeordnet und wird in den noch geschmolzenen Teil des Gußstücks getrieben, indem er durch den erstarrten Teil an der Oberfläche der eingespritzten Metallschmelze geführt wird, oder indem ein erstarrter Teil der Oberfläche der eingespritzten Schmelze durch die Wirkung des vorgetriebenen Einpreßstabes in den geschmolzenen Teil gepresst wird. Damit können Schwindungshohlräume in der Umgebung des Einpreßstabes fast vollständig vermieden werden. Weist das Gußstück mehrere Verdickungen grösseren Ausmasses auf, müssen in der Regel mehrere Einpreßstäbe angeordnet werden. Um genügend wirksam zu sein, müssen die Einpreßstäbe Vertiefungen erzeugen, welche mehrere % des Gußstückvolumens ausmachen. Dies führt zumeist zu einer Ausgestaltung des Gußstückrohlings, welche eine aufwendige Nachbearbeitung erfordert.

[0006] Aus der DE-C-452 698 ist ein Druckgiessverfahren bekannt, bei welchem unmittelbar nach der Formfüllung hoher Druck auf das noch flüssige Metall ausgeübt und bis zur vollständigen Erstarrung des Gußstückes aufrechterhalten wird. Der Erstarrungsvorgang wird so geleitet, dass die Druckeinleitungsstelle am längsten flüssig bleibt.

[0007] Die US-A-3 420 291 offenbart ein Verfahren, bei welchem das Metall in eine Giessform aus gasdurchlässiger Keramik gegossen wird. Die Giessform befindet sich in einem Behälter, welcher nach der Formfüllung gasdicht verschlossen und bis zur vollständigen Erstarrung des Metalls mit Gasdruck beaufschlagt wird.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Giessverfahren und eine Druckgiessanlage eingangs genannter Gattung zu entwickeln, mittels welcher eine aufgrund der Erstarrungsschrumpfung auftretende Lunkerbildung auch bei komplizierten Gussformen und auch bei schwierig giessbaren Legierungen verhindert wird. Überlaufkanäle und ähnliche, später vom Gussteil abzutrennende Ausformungen sollen hierbei vermieden werden.

[0009] In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass nach der Erstarrung der gesamten Oberfläche des Gußstückes und von mindestens 10 % des Gussstückvolumens, jedoch vor der Entformung, hochgespanntes Gas in den Formhohlraum eingebracht und dieser unter einen pneumatischen Druck von mindestens 2 MPa, vorzugsweise 10 bis 50 MPa, gesetzt wird.

[0010] Durch diesen auf das gesamte Volumen des Gußstückes ausgeübten Druck wird die Lunkerbildung an allen Stellen des Gußstückinneren unterdrückt. Der benötigte Gasdruck richtet sich im wesentlichen nach dem eingesetzten Gusswerkstoff, der Gußstückgeometrie sowie der Temperatur des Gußstückes im Zeitpunkt der Druckbeaufschlagung.

[0011] Als Druckgas kann beispielsweise Luft oder Stickstoff verwendet werden.

[0012] Bevorzugt wird vor der vollständigen Erstarrung des Gussstückes damit begonnen, das hochgespannte Gas in den Formhohlraum einzubringen. Die hierzu günstigste Phase beginnt nach der Erstarrung von 10 bis 30 % des Gußstückvolumens. Der hohe pneumatische Druck im Formhohlraum soll hierbei mindestens bis zur vollständigen Erstarrung des Gußstückes aufrechterhalten werden.

[0013] Der pneumatische Druck bewirkt zudem, dass das Gas den Raum zwischen der Form und dem Gußstück derart erweitert, dass ein Kleben des Gußstücks an der Form weitgehend verhindert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass das Gas das Gussstück nahezu von allen Seiten umgibt, sodass der grösste Teil der Gußstückoberfläche nach der Gasdruckbeaufschlagung die Form nicht mehr berührt. Infolge des Gasdruckes werden die Formhälften typischerweise einige Hundertstel mm auseinandergedrückt. Das vermindern des Klebens erhöht die Lebensdauer der Form beträchtlich.

[0014] Es hat sich als zweckmässig erwiesen, nach vollständiger Erstarrung des Gußstückes den unter Druck stehenden Raum an vorbestimmten Stellen zur Abströmung des Gases zu öffnen. Diese Stellen, wie auch die Gaseintrittsstellen, sind dabei so zu wählen, dass die auftretenden Gasströme im Formhohlraum über Bereiche der Gußstückoberfläche gelenkt werden, welche einen erhöhten Wärmeentzugssbedarf aufweisen. Die Gas-Ein- bzw. Austrittsstellen werden sinngemäss so gewählt, dass insbesondere über den Bereichen mit dem geringsten Oberflächen /Volumen-Verhältnis die grösste Strömung und damit der grösste Wärmeentzug herrscht. Der aufgrund der erfindungsgemässen frühzeitigen Ablösung des Gußstücks von der Form entstehenden Verzögerung der Abkühlung wird hierdurch entgegengetreten. Dies trägt zur Minimierung der zeitlichen Beanspruchung der Druckgiessanlage pro Gußstück bei; das Gußstück wird üblicherweise bei Unterschreiten einer Temperatur von etwa 150°C unter dem Solidus aus der Form entfernt.

[0015] In einem bevorzugten Verfahren wird in der Phase nach der vollständigen Erstarrung des Gußstücks, wenn der unter Druck stehende Raum geöffnet ist, das Gas vor dem Eintritt in den Formhohlraum auf einen wesentlich geringeren Druck entspannt. Das Gas wird dadurch abgekühlt und vermag dem damit beaufschlagten Gußstück noch wirkungsvoller Wärme zu entziehen.

[0016] Im Rahmen der Erfindung wird zur Verhinderung von Gasporen der Formhohlraum vor dem Eintritt der Schmelze mit Vorteil auf einen Gasdruck von weniger als 25 kPa, vorzugsweise weniger als 0.5 kPa evakuiert.

[0017] In bezug auf die Druckgiessanlage wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mindestens eines der Formteile mindestens einen Gasdurchlass aufweist, welcher in den Formhohlraum mündet und am anderen Ende über ein Ventil mit einer Hochdruck-Gasquelle verbunden ist, und dass eine Gasdichtung an den Formtrennflächen derart angebracht ist, dass sowohl beim Zusammenschluss der Formteile als auch in einem Zustand, in welchem die Formtrennflächen einen Abstand aufweisen, der Formhohlraum zusammen mit der Mündung der Füllkammer durch die Gasdichtung nach aussen abgeschlossen ist. Die Form soll erst in einem solchen Bereich des Formtrennflächenabstands nicht mehr durch die Gasdichtung abgeschlossen sein, welcher zur Entnahme des Gußstückes erforderlich ist.

[0018] Damit kann der Formhohlraum mittels eines nach der oberflächlichen Erstarrung des Gußstückes in den Formhohlraum eingebrachten, hochgespannten Gases unter Druck gesetzt werden.

[0019] Bevorzugt weist bei einer erfindungsgemässen Druckgiessanlage mindestens eines der Formteile mindestens eine Gasabflussbohrung auf, welche in den durch die Gasdichtung eingeschlossenen Bereich mündet und am anderen Ende mit einem Ablassventil versehen ist. Dieses Ablassventil wird entsprechend den Druck- und Strömungsbedürfnissen gesteuert.

[0020] Die Gasabflussbohrung, wie auch der dem Gaseintritt dienende Gasdurchlass wird zweckmässig so positioniert, dass insbesondere über den Gußstück-Bereichen mit dem geringsten Oberflächen/Volumen-Verhältnis die grösste Strömung und damit der grösste Wärmeentzug herrscht. Der aufgrund der erfindungsgemässen frühzeitigen Ablösung des Gußstückes von der Form entstehenden Verzögerung der Abkühlung wird hierdurch entgegengetreten. Dies trägt zur Minimierung der zeitlichen Beanspruchung der Druckgiessanlage pro Gußstück bei; das Gußstück wird üblicherweise bei Unterschreiten einer Temperatur von etwa 150°C unter dem Solidus aus der Form entfernt.

[0021] In einer besonders geeigneten Ausführung sind die Formtrennflächen derart ausgebildet, dass sie beim Zusammenschluss der Formteile ausserhalb des Formhohlraums, jedoch innerhalb des durch die Gasdichtung eingeschlossenen Bereichs, mindestens einen Abflusskanal offen lassen, in welchen die Gasabflussbohrung mündet. Die gezielte Platzierung solcher Abflusskanäle ermöglicht die Optimierung der Gasströmung hinsichtlich einer möglichst raschen Abkühlung des Gußstücks vor dem Entfernen.

[0022] In einer besonders zweckmässigen Druckgiessanlage ist das zwischen der Hochdruck-Gasquelle und dem Formhohlraum liegende Ventil so gestaltet, dass es gesteuert auf eine Drosselstellung gebracht werden kann.

[0023] Im Rahmen der Erfindung wird zur Verhinderung von Gasporen der Formhohlraum vor dem Eintritt der Schmelze mit Vorteil evakuiert. In einer hierzu geeigneten Druckgiessanlage sind die Formtrennflächen derart ausgebildet, dass sie beim Zusammenschluss der Formteile ausserhalb des Formhohlraumes, innerhalb des durch die Gasdichtung eingeschlossenen Bereichs, mindestens einen Absaugkanal offen lassen, der beim Zusammenschluss der Formteile vom Formhohlraum getrennt ist und welcher je über eine Evakuierbohrung in einem der Formteile und über ein Absaugventil mit einem Vakuumanschluss verbunden ist. Dank der erfindungsgemässen Lage der Gasdichtung kann der Formhohlraum bereits vor dem vollständigen Zusammenschluss der Formteile, wenn die Formtrennflächen noch einen Abstand von einigen mm aufweisen, evakuiert werden. Nach dem Zusammenschluss der Formteile, beim Eintritt der Schmelze in den Formhohlraum, ist die Evakuierbohrung und der Absaugkanal vor einem Schmelzezutritt ohne Einsatz eines teuren Absperrventils geschützt.

[0024] In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemässen Druckgiessanlage ist der Gasdurchlass für den Eintritt des hochgespannten Gases in den Auswerferstift und seine Bohrung integriert. Diese Ausführung entlastet die Form von zusätzlichen, aufwendigen Anschlüssen. In Druckgiessanlagen mit mehr als einem Auswerferstift können mehrere mit einem Gasdurchlass versehen werden. Insbesondere zum Schutz des Gasdurchlasses vor Schmelzezutritt sieht eine bevorzugte Ausführung vor, dass der Auswerferstift und die zugeordnete Bohrung zylinderförmig sind, wobei sich formhohlraumseitig an den Zylinder trompetenartig ein Kegelstumpf anschliesst, und dass als Teil des Gasdurchlasses der zylindrische Teil des Auswerferstifts mit einer Längsnut zur Durchleitung des Gases versehen ist. Der Kegelstumpf schliesst formhohlraumseitig mit einer Fläche ab, welche die umgebende Formwand stetig fortsetzt.

[0025] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Figur 1 einen schematisierten Längsschnitt durch die Hauptteile einer erfindungsgemässen Druckgiessanlage;

Figur 2 einen schematisierten Querschnitt durch den Auswerferstift in der Bohrung.

[0026] Die in der Figur 1 dargestellte Kaltkammer-Druckgiessanlage umfasst ein bewegliches Formteil 1 und ein festes Formteil 2, welche beim Zusammenschluss einen Formhohlraum 3 bilden und ausserhalb diesem mit den Formtrennflächen 4 bzw. 5 aufeinandertreffen. Der Formhohlraum 3 umfasst ein Volumen von 3 Liter. Die Weite des Formhohlraumes 3 beträgt grösstenteils 2.5 mm; in einzelnen Bereichen sind Aufweitungen bis 10 mm angebracht. Das feste Formteil 2 umschliesst das Ende einer Füllkammer 14, welche über einen Anschnitt 19 mit dem Formhohlraum 3 in Verbindung steht und über welche Aluminiumschmelze der Legierung AISi7Mg mittels eines Druckkolbens 24 mit einem Druck von etwa 70 MPa in den Formhohlraum 3 gepresst wird. Der Formhohlraum 3 ist zusammen mit der Mündung der Füllkammer 14 durch eine Gasdichtung 9 nach aussen gasdicht abgeschlossen. Die Gasdichtung 9 ist als Schiebedichtung ausgeführt, und die Formteile 1 und 2 sind im Bereich der Gasdichtung 9 derart ausgebildet, dass die Gasdichtung 9 auch dann nach aussen abschliesst, wenn die Formteile 1 und 2 nicht zusammengeschlossen sind und die Formtrennflächen 4 und 5 einen gegenseitigen Abstand von 8 mm aufweisen. In diesem Zustand kann die Form bereits auf einen Luftdruck von 0.4 kPa evakuiert werden. Hierzu dient ein ringförmig um den Formhohlraum 3 gelegter, innerhalb der Gasdichtung 9 verlaufender Absaugkanal 10. Dieser ist als Rinne im festen Formteil 2 gearbeitet und wird beim Zusammenschluss der Formteile 1 und 2 durch die Formtrennfläche 4 zugedeckt. An einer Stelle mündet in diesen Absaugkanal 10 eine Evakuierbohrung 12 des beweglichen Formteils 1. Die Evakuierbohrung 12 ist über ein Absaugventil 13 mit einem Vakuumanschluss verbunden. Das Absaugventil 13 bleibt auch noch nach dem Zusammenschluss der beiden Formteile 1 und 2 geöffnet, bis die Aluminiumschmelze den Formhohlraum 3 gefüllt hat und das entstandene - nicht dargestellte - Gußstück über seine ganze Oberfläche erstarrt ist.

[0027] In den Formhohlraum 3 münden drei Bohrungen 11 des beweglichen Formteils 1, in welche je ein Auswerferstift 6 eingepasst ist. Die Auswerferstifte 6 bestehen aus einem zylindrischen und, formhohlraumseits, einem kegelstumpfförmigen Teil. Sie dienen, nach dem Abkühlen des Aluminiumgußstückes auf 400° C und Öffnen der Form, dem Ausstossen des Gußstücks. Durch eine Dichtung 23 bei der äusseren Mündung der Bohrungen 11 ist ein allfälliger Spielraum zwischen ihnen und den Auswerferstiften 6 nach aussen abgeschlossen. Zudem ist der zylindrische Teil der Auswerferstifte 6 - wie in der Figur 2 schematisch im Querschnitt dargestellt - mit einer Längsnut 20 versehen. Im Innern des Formteils 1 werden die Bohrungen 11 durch je eine Leitung 22 geschnitten, die nach aussen führen und über je ein einstellbares ProportionalVentil 7 mit einer Hochdruck-Gasquelle 8 verbunden sind, welche auf 20 MPa gespannten Stickstoff liefert. Nach der Erstarrung der gesamten Oberfläche des Gußstückes, 100 ms nach Abschluss der Formfüllung, wird das Absaugventil 13 geschlossen und die Ventile 7 geöffnet. Dadurch wird Stickstoff über die Leitungen 22 und durch die Längsnuten 20 gepresst und das kegelstumpfförmige Ende der Auswerferstifte 6 geringfügig in den Formhohlraum 3 gedrückt, wodurch sich zwischen den Auswerferstiften 6 und den Bohrungen 11 auch im kegelstumpfförmigen Bereich ein Durchlass für den hochgespannten Stickstoff öffnet. Die Auswerferstifte 6 und die Bohrungen 11 bilden dergestalt je einen Gasdurchlass 15. Der in den Formhohlraum 3 gelangende Stickstoff setzt diesen unter einen pneumatischen Druck von etwa 20 MPa, wirkt auf das im Innern noch nicht erstarrte Gußstück verdichtend und drückt die beiden Formteile 1 und 2 um etwa 0,1 mm auseinander, wodurch der Raum zwischen der Form und dem Gußstück zusätzlich erweitert wird. Dieses wird von nahezu allen Seiten vom Stickstoff umhüllt, was ein Kleben an der Form weitgehend verhindert.

[0028] Die Formtrennfläche 5 des festen Formteils 2 ist im Bereich zwischen dem ringförmigen Absaugkanal 10 und dem Formhohlraum 3 derart ausgebildet, dass das Formteil 2 gebietsweise Vertiefungen aufweist, welche beim Zusammenschluss beider Formteile 1 und 2 durch die Formtrennfläche 4 zugedeckt werden und sechs Abflusskanäle 21 bilden. Das bewegliche Formteil 1 weist sechs Gasabflussbohrungen 16 auf, welche in der Formtrennfläche 4 im Bereich der Abflusskanäle 21 münden und am äusseren Ende mit je einem Ablassventil 17 versehen sind. Diese Ablassventile 17 werden nach Abschluss der Erstarrung des Gußstückes, etwa 3.5 s nach Abschluss der Formfüllung, geöffnet. Gleichzeitig werden die Proportional-Ventile 7 auf eine Drosselstellung gesetzt, welche den Druck des einströmenden Stickstoffs auf etwa 1 MPa reduziert. Der sich im Formhohlraum 3 befindende gespannte Stickstoff strömt sodann zwischen den beiden Formtrennflächen 4 und 5 hindurch zu den Abflusskanälen 21 und gelangt über die Ablassventile 17 nach aussen. Die Lage der Abflusskanäle 21 relativ zum Formhohlraum 3 und die Einstellung der Ablassventile 17 wird so gewählt, dass der Stickstoff das Gußstück an den Stellen mit starker Strömung überstreicht, welche infolge ungünstigen Oberflächen/Volumen-Verhältnisses einen stärkeren Wärmeentzug benötigen. Dadurch kann das Gußstück bedeutend rascher auf die 400° C abgekühlt werden, bei denen die Form geöffnet und das Gussstück entfernt wird. Nach etwa 30 s wird das Gußstück ausgestossen. Das Gußstück ist auch nach der anschliessenden Wärmebehandlung poren- und lunkerfrei.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung lunkerfreier Gußstücke aus Metallen oder deren Legierungen durch Pressen der Schmelze unter hohem Giessdruck in einen Formhohlraum (3), wobei das Metall während der Erstarrung unter Druck gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach der Erstarrung der gesamten Oberfläche des Gußstückes und von mindestens 10 % des Gußstückvolumens, jedoch vor der Entformung, hochgespanntes Gas in den Formhohlraum (3) eingebracht und dieser unter einen pneumatischen Druck von mindestens 2 MPa, vorzugsweise 10 bis 50 MPa gesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hochgespanntes Gas vor der vollständigen Erstarrung des Gußstückes in den Formhohlraum (3) eingebracht wird und der hohe pneumatische Druck im Formhohlraum (3) mindestens bis zur vollständigen Erstarrung des Gußstückes aufrecht erhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der unter Druck stehende Raum nach vollständiger Erstarrung des Gußstückes an vorbestimmten Stellen zur Abströmung des Gases geöffnet wird, wobei diese Stellen so gewählt werden, dass die auftretenden Gasströme im Formhohlraum (3) über Bereiche der Gußstückoberfläche gelenkt werden, welche einen erhöhten Wärmeentzugsbedarf aufweisen, und dass vorzugsweise das Gas vor dem Eintritt in den Formhohlraum (3) teilentspannt wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraum (3) vor dem Eintritt der Schmelze auf einen Gasdruck von weniger als 25 kPa, vorzugsweise weniger als 0.5 kPa evakuiert wird.

5. Druckgiessanlage zur Herstellung lunkerfreier Gußstücke aus Metallen oder deren Legierungen, umfassend mindestens zwei einen Formhohlraum (3) bildende Formteile (1, 2) mit Formtrennflächen (4, 5), eine über einen Anschnitt (19) in den Formhohlraum (3) mündende Füllkammer (14) sowie mindestens eine, in den Formhohlraum (3) mündende Bohrung (11), in welche je ein Auswerferstift (6) eingesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eines der Formteile (1, 2) mindestens einen Gasdurchlass (15) aufweist, welcher in den Formhohlraum (3) mündet und am anderen Ende über ein Ventil (7) mit einer Hochdruck-Gasquelle (8) verbunden ist, und dass eine Gasdichtung (9) an den Formtrennflächen (4, 5) derart angebracht ist, dass sowohl beim Zusammenschluss der Formteile (1, 2) als auch in einem Zustand, in welchem die Formtrennflächen (4) und (5) einen Abstand aufweisen, der Formhohlraum (3) zusammen mit der Mündung der Füllkammer (14) durch die Gasdichtung (9) nach aussen abgeschlossen ist.

6. Druckgiessanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Formteile (1, 2) mindestens eine Gasabflussbohrung (16) aufweist, welche in den durch die Gasdichtung (9) eingeschlossenen Bereich mündet und am anderen Ende mit einem Ablassventil (17) versehen ist.

7. Druckgiessanlage nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (7) auf eine Drosselstellung reduzierbar ist.

8. Druckgiessanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formtrennflächen (4, 5) derart ausgebildet sind, dass sie beim Zusammenschluss der Formteile (1, 2) ausserhalb des Formhohlraums (3), innerhalb des durch die Gasdichtung (9) eingeschlossenen Bereichs, mindestens einen Abflusskanal (21) offen lassen, in welchen die Gasabflussbohrung (16) mündet.

9. Druckgiessanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formtrennflächen (4, 5) derart ausgebildet sind, dass sie beim Zusammenschluss der Formteile (1, 2) ausserhalb des Formhohlraums (3), innerhalb des durch die Gasdichtung (9) eingeschlossenen Bereichs, mindestens einen Absaugkanal (10) offen lassen, der beim Zusammenschluss der Formteile (1, 2) vom Formhohlraum (3) getrennt ist und welcher je über eine Evakuierbohrung (12) in einem der Formteile (1, 2) und über ein Absaugventil (13) mit einem Vakuumanschluss (18) verbunden ist.

10. Druckgiessanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdurchlass (15) in die Bohrung (11) und den Auswerferstift (6) integriert ist, wobei bevorzugt der Auswerferstift (6) und die Bohrung (11) zylinderförmig sind und sich an den Zylinder formhohlraumseitig trompetenartig ein Kegelstumpf anschliesst, und dass als Teil des Gasdurchlasses (15) der zylindrische Teil des Auswerferstiftes (6) mit einer Längsnut (20) versehen ist.

Claims

1. Process for the production of castings free from shrinkage cavities from metals or their alloys, by pressing of the melt under high casting pressure into an impression (3), the metal being kept under pressure during solidification, characterized in that, after solidification of the entire surface of the casting and of at least 10 % of the casting volume, but before release from the die, high pressure gas is introduced into the impression (3) and the latter is subjected to a pneumatic pressure of at least 2 MPa, preferably 10 to 50 MPa.

2. Process according to Claim 1, characterized in that high pressure gas is introduced into the impression (3) before complete solidification of the casting and the high pneumatic pressure in the impression (3) is maintained at least until complete solidification of the casting.

3. Process according to Claim 2, characterized in that the pressurized space is opened, after complete solidification of the casting, at predetermined points for discharge of the gas, these points being chosen such that the gas flows occurring in the impression (3) are directed over regions of the casting surface which have an increased heat removal requirement, and in that preferably the gas is partially relieved before entry into the impression (3).

4. Process according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that the impression (3) is evacuated to a gas pressure of less than 25 kPa, preferably less than 0.5 kPa, before entry of the melt.

5. Die casting plant for the production of castings free from shrinkage cavities from metals or their alloys, comprising at least two die parts (1, 2), forming an impression (3) and having die separating surfaces (4, 5), a filling chamber (14), opening out into the impression (3) via a gate (19), as well as at least one bore (11), opening out into the impression (3) and into which an ejector pin (6) is fitted in each case, characterized in that at least one of the die parts (1, 2) has at least one gas passage (15), which opens out into the impression (3) and is connected at the other end via a valve (7) to a high pressure gas source (8), and in that a gas seal (9) is fitted on the die separating surfaces (4, 5) in such a way that the impression (3) is sealed off from the outside, together with the mouth of the filling chamber (14), by the gas seal (9) both when the die parts (1, 2) are clamped together and in a state in which the die separating surfaces (4) and (5) have a distance apart.

6. Die casting plant according to Claim 5, characterized in that at least one of the die parts (1, 2) has at least one gas discharge bore (16), which opens out into the region enclosed by the gas seal (9) and is provided at the other end with an outlet valve (17).

7. Die casting plant according to Claims 5 and 6, characterized in that the valve (7) can be reduced to a throttling position.

8. Die casting plant according to Claim 6 or 7, characterized in that the die separating surfaces (4, 5) are designed in such a way that they leave open at least one discharge channel (21) when the die parts (1, 2) are clamped together, the channel being outside the impression (3), within the region enclosed by the gas seal (9) and the gas discharge bore (16) opening out into the said channel.

9. Die casting plant according to at least one of Claims 5 to 8, characterized in that the die separating surfaces (4, 5) are designed in such a way that they leave open at least one suction removal channel (10) when the die parts (1, 2) are clamped together, the said channel being outside the impression (3), within the region enclosed by the gas seal (9), separate from the impression (3) when the die parts (1, 2) are clamped together and connected via an evacuation bore (12) in each case in one of the die parts (1, 2) and via a suction removal valve (13) to a vacuum connection (18).

10. Die casting plant according to at least one of Claims 5 to 9, characterized in that the gas passage (15) is integrated into the bore (11) and the ejector pin (6), the ejector pin (6) and the bore (11) preferably being cylindrical and the cylinder being adjoined on the impression side by a truncated cone in the manner of a trumpet, and in that, as part of the gas passage (15), the cylindrical part of the ejector pin (6) is provided with a longitudinal groove (20).

Revendications

1. Procédé de fabrication de pièces de fonderie, en métaux ou en leurs alliages, sans retassures, par mise sous pression du bain de fusion, sous une pression de coulée élevée, dans un espace creux (3) de moule, étant précisé que le métal est maintenu sous pression pendant la solidification,
caractérisé en ce qu'après la solidification de l'ensemble de la surface de la pièce de fonderie et d'au moins 10 % du volume de la pièce de fonderie, mais avant le démoulage, on amène dans le volume creux (3) du moule du gaz sous haute pression et qu'on le met sous une pression pneumatique d'au moins 2 MPa, de préférence 10 à 50 MPa.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on amène le gaz sous haute pression dans le volume creux (3) du moule avant solidification complète de la pièce de fonderie et que l'on maintient la pression pneumatique élevée dans le volume creux (3) du moule au moins jusqu'à solidification complète de la pièce de fonderie.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'après solidification complète de la pièce de fonderie, on ouvre l'espace qui est sous pression, en des endroits prédéterminés, pour évacuer le gaz, étant précisé que l'on choisit ces endroits de façon telle que les flux de gaz qui apparaissent dans l'espace creux (3) du moule se dirigent au-dessus des zones de la surface de la pièce de fonderie qui présentent un besoin élevé d'évacuation de chaleur; et en ce que de préférence on détend partiellement le gaz avant de l'envoyer dans l'espace creux (3) du moule.

4. Procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'avant l'introduction du bain de fusion, on met sous vide le volume creux (3) du moule en l'amenant à une pression inférieure à 25 kPa, de préférence inférieure à 0.5 kPa.

5. Installation de coulée sous pression pour la fabrication de pièces de fonderie, en métaux ou en leurs alliages, sans retassures, comportant au moins deux parties de moule (1, 2) formant un espace creux (3) de moule, avec des surfaces de joint (4, 5), une chambre de remplissage (14) débouchant dans l'espace creux (3) du moule par l'intermédiaire d'un étranglement (19), ainsi qu'au moins un perçage (11) qui débouche dans l'espace creux (3) du moule et dans lequel est chaque fois insérée une tige d'éjecteur (6),
caractérisée
en ce qu'au moins l'une des parties du moule (1, 2) présente au moins un passage de gaz (15) qui débouche dans l'espace creux (3) du moule et qui, à l'autre extrémité, est relié, par l'intermédiaire d'une vanne (7), avec une source de gaz sous haute pression (8); et en ce qu'une garniture d'étanchéité au gaz (9) est appliquée sur les surfaces de joint (4, 5) de façon telle qu'aussi bien lors de la fermeture des parties du moule (1, 2) que dans un état dans lequel les surfaces de joint (4) et (5) présentent une certaine distance, l'espace creux (3) du moule, ainsi que l'embouchure de la chambre de remplissage (14), sont rendus étanches à l'égard de l'extérieur par la garniture d'étanchéité au gaz (9).

6. Installation de coulée sous pression selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'au moins l'une des parties du moule (1, 2) présente au moins un perçage d'évacuation des gaz qui débouche dans la zone enclose dans la garniture d'étanchéité (9) et, à l'autre extrémité, est munie d'une vanne d'évcuation (17).

7. Installation de coulée sous pression selon les revendications 5 et 6, caractérisée en ce que l'on peut ramener la vanne (7) à une position formant étranglement.

8. Installation de coulée sous pression selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce que les surfaces de joint (4, 5) du moule sont conçues de façon telle que, lors de la fermeture des parties du moule (1, 2), à l'extérieur de l'espace (3) du moule, à l'intérieur de la zone enclose par la garniture d'étanchéité (9), elles laissent ouvert au moins un canal d'évacuation (21) dans lequel débouche le perçage (16) d'évacuation des gaz.

9. Installation de coulée sous pression selon au moins l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que les surfaces de joint (4, 5) du moule sont conçues de façon telle que, lors de la fermeture des parties du moule (1, 2), à l'extérieur de l'espace (3) du moule, à l'intérieur de la zone enclose par la garniture d'étanchéité (9), elles laissent ouvert au moins un canal d'évacuation (10) qui, lors de la fermeture des parties du moule (1, 2) est séparé de l'espace creux (3) du moule et qui est respectivement relié, par l'intermédiaire d'un perçage de mise sous vide (12), prévu dans l'une des parties (1, 2) du moule et par l'intermédiaire d'une vanne d'aspiration (13), avec un raccord (8) de mise sous vide.

10. Installation de coulée sous pression selon au moins l'une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que le passage (15) du gaz est incorporé dans le perçage (11) et dans la tige d'éjecteur (6), étant précisé que l'on préfère que la tige d'éjecteur (6) et le perçage (11) soient de forme cylindrique et qu'un tronc de cône se raccorde au cylindre, à la façon d'une trompette, côté espace creux du moule; et en ce que, en tant que partie du passage (15) des gaz, la partie cylindrique de la tige d'éjecteur (6) présente une rainure longitudinale (20).

Zeichnung