DE10017151C2

DE10017151C2 - Verfahren und Einrichtung zum Herstellen eines Metallgußerzeugnisses

Info

Publication number: DE10017151C2
Application number: DE10017151A
Authority: DE
Inventors: Takashi Hanano
Original assignee: Hanano Corp
Current assignee: Hanano Corp
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: JP3043751B1; JP2000288677A; US20010054492A1; DE10017151A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen eines Metallgußerzeugnisses durch Formen eines Metalls aus Schmelze in einem Formraum einer Preßform unter Anwendung von Druck auf die Schmelze gemäß einem Druckgußver fahren (Verfahren der direkten Schmelzeformung).

Bei herkömmlichen Metallformeinrichtungen wird ein Metall gußerzeugnis allgemein durch unter Druck Setzen von Schmelze hergestellt, die in einen Formraum in einer Matrize (untere Preßformeinheit) mit einer Patrize (obere Preßformeinheit) zugeführt, zusammenpreßt und verfestigt wird. Das heißt, daß die Patrize auf die Schmelze Formdruck aufbringen soll. Weil die Patrize sich im Formraum der Matrize verschieben muß, ist zwischen Matrize und Patrize ein Spiel vorzusehen.

Zum Verringern des Gewichts von Automobilteilen, Elektroteilen und dergleichen, werden häufig geformte Erzeugnisse aus bei spielsweise Aluminium oder Magnesium verwendet. Dazu wird eine erhöhte Festigkeit der geformten Erzeugnisse gefordert.

Um die Festigkeit der geformten Erzeugnisse zu vergrößern, ist es erforderlich, ihre Dichte zu erhöhen, indem man innere Fehlstellen, wie beispielsweise Hohlräume, vermeidet. Weil jedoch bei herkömmlichen Formeinrichtungen mit dem obigen Aufbau auf die Schmelze in einem großen Bereich von der Patri ze schnell hoher Druck aufgebracht wird, bildet sich in dem Spiel ein Grat, so daß die Schmelze im Formraum knapp wird. Folglich wird die Schmelze nicht ausreichend unter Druck gesetzt, was innere Fehlstellen, wie Hohlräume, verursacht, die Dichte vermindert und zu einem hohen Prozentsatz geformter Erzeugnisse mit inakzeptabler Festigkeit führt. Ferner machen die Grate ein Nacharbeiten gefährlicher. Weil ein Entfernen von Graten ein Schneiden und Stanzen erfordert, entstehen zu sätzliche Kosten, wie beispielsweise Stanzformkosten, Stanzmaschinen-Herstell- und Installationskosten sowie Betriebs- und Wartungskosten. Weil ferner der Formdruck von der Patrize auf gebracht wird, wird die Formeinrichtung selbst sperrig.

Beim Druckgießen ist es an sich bekannt (DE 100 17 151 A1), eine in einen Formhohlraum eingebrachte Schmelze mittels eines in den geschlossenen Formhohlraum eintauchenden Nachverdich tungskolbens nachzuverdichten, um Lunker im Formling zu ver meiden und dessen Festigkeit zu steigern. Ebenfalls an sich bekannt ist es (WO 00/02 686), zum gleichen Zweck die Gießform vibrieren zu lassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrich tung zum Formen eines Metalls zu schaffen, das bzw. die das Herstellen geformter Metallgusserzeugnisse von weiter erhöhter Qualität, insbesondere Festigkeit, ermöglicht.

Die Aufgabe ist, soweit sie das Verfahren betrifft, erfin dungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und, soweit sie die Einrichtung betrifft, mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweils zugehöri gen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen teilweisen Vertikalschnitt einer erfindungsgemä ßen Metallformeinrichtung,

Fig. 2 den Schnitt nach Fig. 1, bei einem Betriebsstadium der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 3 den Schnitt nach Fig. 1 bei einem weiteren Betriebssta dium, das auf das in Fig. 2 dargestellte folgt, und

Fig. 4 ebenfalls den Schnitt nach Fig. 1 bei einem Betriebssta dium, das auf das in Fig. 3 dargestellte folgt.

Die Metallformeinrichtung dient zum Herstellen eines Metall gußerzeugnisses 20 durch Anwenden von Druck auf Schmelze 2 in einem Formraum 11. Die Einrichtung weist eine Matrize 1 mit einem derartigen Formraum 11, und eine Patrize 3 zum Ver schließen des Formraums 11 auf. Die Matrize 1 ist mit einer Preßkolbenanordnung 5 und zwei Vibratoren 7, und die Patrize 3 mit einem Vibrator 8 versehen. Zwischen der Matrize 1 und der Patrize 3 ist ein Spiel vorgesehen, damit die Patrize 3 in dem Formraum 11 verschiebbar ist.

Zur Preßkolbenanordnung 5 gehört ein Zylinderraum 51, der unter dem Formraum 11 angeordnet und am Boden 111 des Form raums 11 der Matrize 1 geöffnet ist, und ein Preßkolben 52, der in dem Zylinderraum 51 verschiebbar ist. Die Preßkolbenan ordnung 5 ist von einem Antrieb 6 angetrieben. Die offene Fläche des Zylinderraums 51 am Boden 111 des Formraums 11 ist kleiner als die Fläche des Bodens 111 des Formraums 11 und die Stirnfläche 31 eines Vorsprungs der Patrize 3. Das Verhältnis der offenen Fläche des Zylinderraums 51, das ist der Preßbe reich einer Dichtplatte 521, zur Fläche des Bodens 111, ist 1 : 4. Der Preßkolben 52 weist eine in dem Zylinderraum 51 ver schiebbare Dichtplatte 521 und einen Kolben 522 mit der an seinem Ende befestigten Dichtplatte 521 auf. Wenn der Antrieb 6 nicht betrieben ist, verschließt die Dichtplatte 521 eine Öffnung 511 des Zylinderraums 51 zum Formraum 11.

Der Antrieb 6 weist einen Schieber (Plunger) auf, der von einer Hydraulikpumpe 62, einem Entlastungsventil 63, einem Rückschlagventil 64 und weiterem gesteuert wird.

Der Antrieb 6 wird wie folgt betrieben:
Der Schieber, die Hydraulikpumpe 62, das Entlastungsventil 63 und das Rückschlagventil 64 bilden einen Antrieb zum Steuern eines Ansteigens und Absenkens des Preßkolbens 52. Das bedeu tet, der Antrieb 6

1. senkt die Dichtplatte 521 allmählich zu einer vorgegebenen Stelle in dem Zylinderraum 51 ab, wenn die Schmelze 2 in den Formraum 11 zugeführt wird,
2. drückt die Dichtplatte 521 nach oben, um Formdruck auf die Schmelze 2 aufzubringen, nachdem der Schritt des Schmelze-Zu führens beendet ist und der Formraum 11 mit der Patrize 3 verschlossen ist, und
3. hebt die Dichtplatte 521 an, wenn das Metallgußerzeugnis 20 aus der Formraum 11 gelöst wird.

Die Vibratoren 7 sind an entgegengesetzten Seiten der Matrize 1 vorgesehen, um auf die Schmelze 2 im Formraum 11 von dessen beiden Seiten Vibration aufzubringen. Ein Vibrator 8 ist an einem oberen Abschnitt der Patrize 3 vorgesehen, um auf die Schmelze 2 im Formraum 11 von dessen oberer Seite in dem Stadium Vibration aufzubringen, bei dem die Patrize 3 den Formraum 11 verschließt. Als Vibratoren 7 und 8 können Vibra tionsmotoren oder Ultraschallwellengeneratoren verwendet wer den. Die Vibratoren 7 und 8 sind jedoch nicht auf diese be schränkt, vorausgesetzt, daß Vibration erzeugt wird. Die Frequenz der aufgebrachten Vibration ist vorzugsweise nicht geringer als 30 Hz.

Die Vibratoren 7 sind eingeschaltet,

1. wenn die Schmelze 2 in den Formraum 11 zugeführt wird, und
2. wenn der Formdruck auf die Schmelze 2 in dem Formraum 11 aufgebracht wird.

Der Vibrator 8 ist eingeschaltet, wenn der Formdruck auf die Schmelze 2 in dem Formraum 11 aufgebracht wird.

Nachfolgend wird der Betrieb der oben beschriebenen Metallfor meinrichtung erläutert.

Während die Schmelze 2 anfänglich dem Formraum 11 in dem Stadium zugeführt wird, bei dem die Patrize 3 über der Matrize 1 angeordnet ist, bewegt der Antrieb 6 die Preßkolbenanordnung 5 derart, daß der Preßkolben 52 allmählich zu einer vorgegebenen Stelle in dem Zylinderraum 51 abgesenkt wird. Dabei wird die Schmelze 2 in den Formraum 11 gegossen, während sie in den Zylinderraum 51 gesogen wird. Daher wird die Schmelze 2 lüc kenlos in den Formraum 11 eingefüllt. Zusätzlich werden, wäh rend die Preßkolbenanordnung 5 betätigt wird, die Vibratoren 7 eingeschaltet, um auf die in den Formraum 11 zugeführte Schmelze 2 die Vibration aufzubringen. Fig. 2 stellt ein Stadi um dar, bei dem das Laden der Schmelze 2 beendet ist.

Als nächstes wird, wie in Fig. 3 dargestellt, die Patrize 3 abgesenkt, um den Formraum 11 zu verschließen. Dann werden, während der Preßkolben 52 in dem Zylinderraum 51 nach oben gedrängt wird, um den Formdruck auf die Schmelze 2 aufzubrin gen, die Vibratoren 7 und 8 eingeschaltet, um auf die Schmelze 2 in dem Formraum 11 die Vibration aufzubringen. Somit wird die halbverfestigte Schmelze 2 während des Vibrierens verdich tet und verfestigt, wodurch ein Metallgußerzeugnis 20 ent steht.

Die Einrichtung weist die folgenden Funktionen auf:

1. Weil die Vibratoren 7 und 8 während des Formens Vibra tions-energie in die Schmelze 2 einbringen, wird die Bewegung der Metallatome der Schmelze 2 angeregt, einheitliche Gruppen kristalliner Partikel zu bilden und eine Segregation während des Verfestigens verhindert. Weil auch während des Zuführens Vibrationsenergie in die Schmelze 2 eingebracht wird, tritt der obige Effekt ausgeprägter auf. Daher können hochwertige und hochfeste Metallgußerzeugnisse 20 mit einheitlicher Struk tur und hoher Dichte ohne innere Fehlstellen, wie Hohlräume, erhalten werden.
2. Weil der Preßbereich der Dichtplatte 521 klein ist, ver teilt sich der von ihr auf die Schmelze 2 aufgebrachte Druck ausgehend von der Dichtplatte 521 leicht über die gesamte Schmelze 2. Daher wird die Schmelze 2 vor einem Eintreten in das Spiel zwischen der Matrize 1 und der Patrize 3 bewahrt, wodurch das Bilden von Graten verhindert wird. Folglich wird die Schmelze 2 im Formraum 11 nicht knapp, und die Schmelze 2 wird ausreichend unter Druck gesetzt. Somit werden innere Fehlstellen, wie beispielsweise Gußhohlräume, vermieden und das Metallgußerzeugnis 20 ist höher verdichtet, so daß ein hochwertiges und hochfestes Metallgußerzeugnis 20 erhalten wird. Der auf die Schmelze 2 von der Dichtplatte 521 aufge brachte Formdruck ist insbesondere vorzugsweise nicht geringer als 800 kg/cm². Wenn der aufgebrachte Druck zunimmt, wird die Dichte und die Qualität des erhaltenen Metallgußerzeugnisses 20 höher.

Nachdem die Preßkolbenanordnung 5 und die Vibratoren 7 und 8 angehalten sind, wird die Patrize 3 nach oben bewegt, wie in Fig. 4 dargestellt. Dann wird die Preßkolbenanordnung 5 betä tigt, um den Preßkolben 52 in dem Zylinderraum 51 anzuheben und das Metallgußerzeugnis 20 mit der Dichtplatte 521 nach oben zu drücken. Dadurch wirkt der Preßkolben 52 als Aussto ßer, so daß das Metallgußerzeugnis 20 leicht aus der Preßform gelöst wird.

Die beschriebene Metallformeinrichtung kann ein Metallformver fahren mit den folgenden Schritten verrichten:

1. dem Schritt des Schmelze-Zuführens, bei dem, während die Schmelze 2 in den Formraum 11 der Matrize 1 zugeführt wird, Vibration auf die Schmelze 2 aufgebracht und der Preßkolben 52, der im am Boden 111 des Formraums 11 offenen Zylinderraum 51 verschiebbar ist, allmählich zu einer vorgegebenen Stelle des Zylinderraums 51 abgesenkt wird,
2. dem Schritt des Verschließens, bei dem der Formraum 11 mit der Patrize 3 nach dem Schritt des Zuführens verschlossen wird, und
3. dem Schritt des Formens, bei dem nach dem Schritt des Verschließens, während die Vibration auf die Schmelze 2 aufge bracht wird, der Preßkolben 52 nach oben gedrängt wird, um Formdruck auf die Schmelze 2 aufzubringen.

Mit der beschriebenen Metallformeinrichtung wird, wegen der auf die Schmelze 2 aufgebrachten Vibration während des Zufüh rens und Formens, die Bewegung der Metallatome in der Schmelze 2 angeregt und die Segregation während der Verfestigung verhindert. Daher wird das hochwertige und hochfeste Metallgußer zeugnis 20 mit einer einheitlichen Struktur und einer hohen Dichte ohne innere Fehlstellen, wie beispielsweise Gußhohlräu me, erhalten.

Weil der Formdruck auf die Schmelze 2 vom Preßkolben 52 der unter der Matrize 1 vorgesehenen Preßkolbenanordnung 5 aufge bracht wird, wird ferner der Druck schonend auf die Schmelze 2 aufgebracht, um Grate zu verhindern. Somit wird die Schmelze 2 in dem Formraum 11 nicht knapp, so daß das hochverdichtete Metallgußerzeugnis 20 erhalten wird, während ein Herstellen eines inakzeptablen Erzeugnisses mit inneren Fehlstellen verhindert ist.

Weil der Preßkolben 52 während des Zuführens der Schmelze 2 allmählich zu einer vorgegebenen Stelle des Zylinderraums 51 abgesenkt wird, wird die Schmelze 2 in den Formraum 11 gegos sen, während sie in den Zylinderraum 51 gesogen wird. Dadurch wird die Schmelze 2 lückenlos in den Formraum 11 gefüllt.

Solange die Vibration ausreichend auf die Schmelze 2 aufge bracht wird, ist das Vibrieren der Schmelze 2 mit den Vibrato ren 7 und das Vorsehen des Vibrators 8 nicht unbedingt erfor derlich. Ferner ist die Anzahl der Vibratoren 7 nicht auf zwei beschränkt, solange ausreichend Vibration auf die Schmelze 2 aufgebracht wird.

Anstelle von ölhydraulischem Druck kann pneumatischer oder hydraulischer Druck für den Antrieb 6 verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Metallgußerzeugnisses (20) durch Formen eines Metalls aus Schmelze (2) in einem Formraum (11) einer Preßform (1, 3) unter Anwendung von Druck auf die Schmelze (2), mit den Schritten:

- Zuführen der Schmelze (2) in den Formraum (11) einer Matrize (1) dar Pressform (1, 3),
- Verschließen des Formraums (11) mit einer Patrize (3) nach dem Beenden des Zuführens der Schmelze (2),
- Formen der Schmelze (2) in dem verschlossenen Formraum (11), indem Formdruck auf die Schmelze (2) aufgebracht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- während des Zuführens der Schmelze (2) in den Formraum (11) dieser erweitert wird, indem ein in einem Zylinderraum (51) dicht verschiebbarer Preßkolben (52) allmählich in eine vorge gebene Stellung im Formraum (11) abgesenkt wird, und
- Vibration auf die Schmelze (2) im Formraum (11) aufgebracht wird, während der Formdruck auf die Schmelze (2) durch Anheben des Preßkolbens (52) aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch während des Zuführens der Schmelze (2) auf diese Vibration aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkolben (52) zum Lösen des Metallgußerzeugnisses (20) aus dem Formraum (11) angehoben wird.

4. Metallformeinrichtung zum Herstellen eines Metallgußer zeugnisses (20) gemäß einem Druckverfahren durch Aufbringen von Druck auf eine Schmelze (2) in einem Formraum (11), wobei die Einrichtung eine Matrize (1) mit dem Formraum (11) und ei ne Patrize (3) zum Verschließen des Formraumes (11) aufweist,
gekennzeichnet durch
eine Preßkolbenanordnung (5),
einen Vibrator (7, 8) und
einen Preßkolbenantrieb (6), wobei
die Preßkolbenanordnung (5) einen Zylinderraum (51) und einen Preßkolben (52) aufweist, der dicht in dem Zylinderraum (51) verschiebbar ist, wobei der Zylinderraum (51) unter dem Formraum (11) angeordnet und zu einem Boden (111) des Formrau mes (11) in einer Fläche (511) offen ist, die kleiner als die des Bodens (111) ist,
der Preßkolben (52) bei zum Zuführen der Schmelze (2) geöff netem Formrum (11) mittels des Presskolbenantriebes (6) all mählich in eine vorgegebenen Stellung im Zylinderraum (51) ab senkbar ist und der Preßkolben (52) zum Aufbringen von Form druck auf die Schmelze (2) bei mit der Patrize (3) verschlos senem Formraum (11) anhebbar ist.

5. Metallformeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß der Vibrator (7, 8) so eingerichtet ist, daß er auf die Schmelze (2) durch die Patrize (3) Vibration aufbringt, wenn auf die Schmelze (2) in dem Formraum (11) der Formdruck aufgebracht ist.

6. Metallformeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Vibrator je eine Vibratoreinheit (7; 8) für die Matrize (1) und die Patrize (3) aufweist.

7. Metallformeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß der Preßkolbenantrieb (6) ein Schie ber oder Druckstempel ist.

8. Metallformeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Presskolben (52) zum Lösen des Metallgusserzeugnisses (20) aus dem Formraum (11) mittels des Preßkolbenantriebes (6) zusätzlich anhebbar ist.