DE69520179T2

DE69520179T2 - Verfahren zum Druckgiessen durch Regelung der Druckkolbengeschwindigkeit

Info

Publication number: DE69520179T2
Application number: DE69520179T
Authority: DE
Inventors: Takehito Futamura; Mitsuru Inui; Mitsuhiro Karaki; Mikiya Nozaki; Akira Saitoh
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1995-08-17
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2015-08-18
Also published as: DE69520179D1; CN1123724A; EP0697263A1; CN1063991C; US5671797A; JPH08108261A; JP3640704B2; EP0697263B1; KR100191094B1; KR960007059A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pressgießverfahren, bei dem in einen Hohlraum eingefüllte Metallschmelze während der Erstarrung der Metallschmelze durch den Vortrieb eines Druckbeaufschlagungsstifts mit Druck beaufschlagt wird.

Beschreibung des Stands der Technik

Beim Druckgießen oder ähnlichen Gießtechniken gibt es die Technik des Pressgießens, bei der in einen Hohlraum eingefüllte Metallschmelze während der Erstarrung mit Druck beaufschlagt wird, um Fehler wie etwa Einfallstellen und Lunker zu verhindern, die anderenfalls beim Erstarren und Schrumpfen der Metallschmelze erzeugt würden. Bei einem solchen Pressgießen ist es für eine wirksame Druckbeaufschlagung sehr wichtig, die Betätigung der Druckbeaufschlagungseinrichtung wie etwa des Druckbeaufschlagungsstifts zeitlich passend einzuteilen.
Es wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um die Druckbeaufschlagung mit einem Druckbeaufschlagungsstift zeitlich passend einzuteilen, wobei ein Beispiel für ein solches Verfahren in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 4-182053 offenbart ist. Bei dieser Technik wird der Druckbeaufschlagungsstift nach dem Einfüllen von Metallschmelze in einen Hohlraum durch einen Druckbeaufschlagungsstift-Antriebszylinder mit sehr geringer Geschwindigkeit vorgetrieben. Bei Erreichen eines vorbestimmten Werts der durch den Druckbeaufschlagungsstift von der Metallschmelze aufgenommenen Reaktionskraft wird anschließend entschieden, dass ein vorbestimmter Erstarrungszustand der Metallschmelze erzielt wurde, und die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts auf eine vorbestimmte hohe Geschwindigkeit erhöht, um die Metallschmelze mit Druck zu beaufschlagen.
Das Pressgießen wird auf diese Weise vollzogen, indem anhand der Reaktionskraft, die von dem mit sehr geringer Geschwindigkeit vorgetriebenen Druckbeaufschlagungsstift aufgenommen wird, der Zeitpunkt für die Druckbeaufschlagung erfasst wird.
Beim Stand der Technik ist das technische Ziel, den passenden Zeitpunkt für den Beginn der Druckbeaufschlagung zu erfassen, wobei zu diesem Zweck neben dem obigen Verfahren mehrere andere Verfahren veröffentlicht wurden. Diese herkömmlichen Techniken betreffen jedoch alle nur das Erfassen des passenden Zeitpunkts für den Druckbeaufschlagungsbeginn und berücksichtigen nicht die Effekte während der Druckbeaufschlagung.
So wird in einen Hohlraum eingefüllte Metallschmelze nicht immer mit unveränderlicher Geschwindigkeit abgekühlt. Wenn zum Beispiel eine gekühlte Form zum Gießen verwendet wird, wird die Metallschmelze schnell abgekühlt und erstarrt schnell. Dagegen ist die Formtemperatur nach wiederholtem Gießen höher und kühlt sich die Metallschmelze mit geringerer Geschwindigkeit ab. Daher ändert sich, nachdem ein mit dem Druckbeaufschlagungsstift in Berührung stehender Teil der Metallschmelze eine bestimmte festgelegte Temperatur erreicht hat, die Dauer für das Abkühlen der Metallschmelze innerhalb des Hohlraums auf eine vorbestimmte Temperatur mit der Abkühlgeschwindigkeit. Mit anderen Worten ändert sich mit der Abkühlgeschwindigkeit die passende zeitliche Einteilung für die Druckbeaufschlagung der Metallschmelze innerhalb des Hohlraums durch Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts. Mit einer bloßen Steuerung des Zeitpunkts für den Druckbeaufschlagungsbeginn wie im Stand der Technik lässt sich daher während des Druckbeaufschlagungsvorgangs insbesondere in dessen späteren Hälfte keine geeignete Steuerung der zeitlichen Einteilung für die Druckbeaufschlagung des geschmolzenen Metalls innerhalb des Hohlraums erzielen.
Darüber hinaus ist weithin eine Technik bekannt, bei der die Druckbeaufschlagungskraft in der späteren Hälfte des Vortriebs des Druckbeaufschlagungsstifts auf ein höheres Niveau erhöht wird. In diesem Fall sind jedoch zwei verschiedene Druckbeaufschlagungskräfte vorbestimmt und wird die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts nicht entsprechend der Geschwindigkeit des Erstarrungsfortschritts gesteuert.
In der Druckschrift US-A-4493362 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Pressformmaschine offenbart. Dieses Verfahren nach dem Stand der Technik ist ein Verfahren zum Pressgießen, bei dem Temperaturfühler verwendet werden, um vor und während der Druckbeaufschlagung an mehreren Positionen die Metalltemperatur in dem Auslassbereich der Form zu messen. Diese Messtemperatur wird mit einem voreingestellten Wert verglichen. Falls sich die Metalltemperatur unterhalb des voreingestellten Werts befindet, wird die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit entsprechend erhöht. Falls sich die Temperatur dagegen oberhalb des voreingestellten Werts befindet, wird die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit gesenkt.
Bei Verwendung dieses bekannten Verfahrens gemäß der US-A-4493362 kann die Temperatur der Metallschmelze zwar an verschiedenen Stellen erfasst werden, aber lediglich an der Oberfläche des Materials. Jedoch ist die Temperaturverteilung innerhalb des Materials nicht gleichmäßig. Diese Erfassung liefert keine Information über den Zustand des Materials innerhalb der Metallschmelze. Wenn die Oberfläche einer Metallschmelze gerade erstarrt ist, befindet sich das Innere üblicherweise noch immer in einer nicht erstarrten Phase. Wie vorstehend erwähnt ist, wird die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit erhöht, falls sich die Metalltemperatur unterhalb des voreingestellten Werts befindet. Während des Vortriebs verschiebt der Druckbeaufschlagungsstift anfangs mehr und später weniger erstarrtes Material. Dies bedeutet, dass die Materialcharakteristiken sich mit dem Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts ändern. In der Druckschrift ist nicht erwähnt, dass diese Änderungen während der Steuerung des Stiftvortriebs Berücksichtigung finden. Dieses herkömmliche Verfahren ergibt daher keine exakte Steuerung. Die verschiedenen Erstarrungsgeschwindigkeiten innerhalb des Materials finden keine Berücksichtigung. Die Entgegenhaltung US-A-4493362 gibt keinen Hinweis, wie die vorstehend genannten Probleme gelöst werden können.

KURZE INHALTSANGABE ÜBER DIE ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, während des Vortriebs des Druckbeaufschlagungsstifts eine Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts gemäß der Geschwindigkeit des Erstarrungsfortschritts zu erlauben, sodass die Druckbeaufschlagungsdauer verglichen mit der Geschwindigkeit des Erstarrungsfortschritts weder zu kurz noch zu lang ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, mittels genauer Erfassung der Geschwindigkeit des Erstarrungsfortschritts eine gute Übereinstimmung zwischen der. Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts und der Geschwindigkeit des Erstarrungsfortschritts zu erlauben.
Diese Aufgaben werden durch ein Pressgießverfahren gemäß Anspruch 1 beziehungsweise eine Pressgießvorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst.
Die unabhängigen Patentansprüche haben Weiterbildungen zum Gegenstand.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die durch den Druckbeaufschlagungsstift von der Metallschmelze aufgenommene Reaktionskraft gemessen und die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts erhöht, wenn die gemessene Reaktionskraft hoch ist, und gesenkt, wenn die Reaktionskraft gering ist.
Wenn die während des Vortriebs des Druckbeaufschlagungsstifts durch den Druckbeaufschlagungsstift von der Metallschmelze aufgenommene Reaktionskraft hoch ist, ist die unter dem von dem Druckbeaufschlagungsstift aufgebrachten Druck erstarrende Metallschmelze bereits erstarrt, sodass sie vergleichsweise hart ist. Die zeitliche Einteilung des Druckbeaufschlagungsstiftvortriebs eilt zu diesem Zeitpunkt nach. Die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts wird in diesem Fall erhöht, um die Verzögerung wettzumachen. Wenn die Reaktionskraft gering ist, ist die unter dem von dem Druckbeaufschlagungsstift aufgebrachten Druck erstarrende Metallschmelze dagegen noch nicht ausreichend erstarrt und eilt die zeitliche Einteilung des Druckbeaufschlagungsstiftvortriebs voraus. Die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts wird in diesem Fall gesenkt, um den Zustand der Vorzeitigkeit wettzumachen. Auf diese Weise werden die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts und die Geschwindigkeit des Erstarrungsfortschritts miteinander in Übereinstimmung gebracht.
Zur genauen Steuerung der Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts kann geeigneterweise neben der Reaktionskraft die Vortriebsgeschwindigkeit und/oder die Temperatur des Druckbeaufschlagungsstifts Berücksichtigung finden. Durch Berücksichtigung dieser Elemente lässt sich eine genauere Übereinstimmung zwischen der Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts und der Geschwindigkeit des Erstarrungsfortschritts erzielen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, die Folgendes zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Pressgießvorrichtung, die bei einem Pressgießverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung Verwendung findet;
Fig. 2 ein Flussdiagramm, die eine Pressgießroutine bei dem Pressgießverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
Fig. 3 ein Flussdiagramm, dass eine Pressgießroutine bei einem Pressgießverfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 4(A) bis Fig. 4(C) eine Schnittansicht der Druckbeaufschlagungsweise bei dem Pressgießverfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und grafische Darstellungen der Pressgießergebnisse;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus einer Pressgießvorrichtung, die bei einem Pressgießverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung Verwendung findet;
Fig. 6 ein Flussdiagramm, dass eine Pressgießroutine bei dem Pressgießverfahren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; und
Fig. 7(A) und Fig. 7(B) grafische Darstellungen des Pressgießergebnisses bei dem Pressgießverfahren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Erstes Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei bezogen auf Fig. 1 zunächst der Gesamtaufbau einer Pressgießvorrichtung beschrieben wird, die bei einem Pressgießverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel Verwendung findet. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Pressgießvorrichtung 2 einen Druckbeaufschlagungsstift 10 auf. Der Druckbeaufschlagungsstift 10 hat ein vorderes bzw. freies Ende, das sich in einen Hohlraum 3 in einer Form 1 erstreckt, wobei sein hinteres Ende an einem Kolben 8 eines Druckbeaufschlagungs-Ölhydraulikzylinders 4 befestigt ist und bei Betätigung eines Ölhydrauliksystems gemeinsam mit dem Kolben 8 vorgetrieben und zurückgezogen wird.
Das Ölhydrauliksystem der Pressgießvorrichtung 2 umfasst einen Ölhydraulikdruckerzeuger (oder Ölhydraulikpumpe) 20, ein elektromagnetisches Zwei-Wege-Steuerungsventil 30, ein Durchflusssteuerungsventil 40 und Ölhydraulikrohrleitungen, die diese Komponenten verbinden.
Das von dem Ölhydraulikdruckerzeuger 20 unter Druck zugeführte Ölhydraulikarbeitsfluid wird durch eine Ölhydraulikrohrleitung 22A, das elektromagnetische Zwei- Wege-Steuerungsventil 30, eine Ölhydraulikrohrleitung 22B, das Durchflusssteuerungsventil 40 und eine Ölhydraulikrohrleitung 22D zu einer hinteren Kammer 6A des Druckbeaufschlagungs-Ölhydraulikzylinders 4 geleitet. Es leuchtet ein, dass die Ölhydraulikpumpe 20, der Ölhydraulikzylinder 4 und die Rohrleitungen 22A und 22D, die die Pumpe 20 und den Zylinder 4 verbinden, einen Aktuator für den Druckbeaufschlagungsstift 10 bilden. Die Ausgangsleistung des Aktuators wird durch das Durchflusssteuerungsventil 40 gesteuert. Das Durchflusssteuerungsventil 40 ist in den Rohrleitungen eingebaut. Es ist auch möglich, die Aktuatorausgangsleistung durch Steuerung des Abgabedrucks oder der Abgabegeschwindigkeit der Ölhydraulikpumpe 20 zu steuern.
Von der mit dem Durchflusssteuerungsventil 40 verbundenen Ölhydraulikrohrleitung 22B zweigt eine Ölhydraulikrohrleitung 22C ab. Die Ölhydraulikrohrleitung 22C ist mit einem Rückschlagventil 44 versehen. Die Ölhydraulikrohrleitung 22C mündet in die Ölhydraulikrohrleitung 22D, die das Durchflusssteuerungsventil 40 und die hintere Kammer 6A des Ölhydraulikzylinders 4 verbindet. Mit einer vorderen Kammer 6B des Druckbeaufschlagungs- Ölhydraulikzylinders 4 ist eine Ölhydraulikleitung 24 verbunden und bildet über das elektromagnetische Zwei- Wege-Steuerungsventil 30 und eine Ölhydraulikrohrleitung 26 eine Ölhydraulikrückleitung zu einem Ölhydraulikarbeitsfluidbehälter 28.
Der Öffnungsgrad des Durchflusssteuerungsventils 40 und die Ventilkammerposition des elektromagnetischen Zwei- Wege-Steuerungsventils 30 werden durch Steuerungssignale gesteuert, die von einem Steuerungscomputer 50 über jeweilige Steuerungssignalleitungen 56 und 58 zugeführt werden.
Das elektromagnetische Zwei-Wege-Steuerungsventil 30 weist drei Ventilkammern 34A, 34B und 34C auf. Wenn ein elektromagnetisches Solenoid 32 unbetätigt ist, wird durch die Vorspannkraft einer Feder 36 die Ventilkammer 34C mit jeder Rohrleitung verbunden. Daher stehen die Rohrleitungen 22A und 24 sowie die Rohrleitungen 22B und 26 miteinander in Verbindung und wird durch die Rohrleitungen 22A und 24 Ölhydraulikdruck zu der vorderen Kammer 6B des Druckbeaufschlagungs-Ölhydraulikzylinders 4 geleitet. Infolgedessen wird der Kolben 8 zurückgezogen, was dem Ölhydraulikarbeitsfluid in der hinteren Kammer 6A erlaubt, über die Rohrleitungen 22D, das Rückschlagventil 44 und die Rohrleitungen 22C, 22B und 26 zu dem Behälter 28 zurückzukehren.
Wenn das elektromagnetische Solenoid 32 durch den Steuerungscomputer 50 in einen Kraftzustand geringer Erregung gesteuert wird, werden die Ventilkammern entgegen der Vorspannkraft der Feder 36 gewechselt und stellt sich der in Fig. 1 gezeigte Zustand ein, in dem mit jeder Rohrleitung die zentrale Ventilkammer 34B verbunden ist. Das heißt, dass jede der Rohrleitungen 22A, 22B, 24 und 26 mit einer Schließöffnung verbunden ist, sodass der Druckbeaufschlagungs-Ölhydraulikzylinder 4 von dem Ölhydraulikdruckerzeuger 20 abgeschnitten ist. Dadurch wird der Kolben 8 angehalten.
Wenn das elektromagnetische Solenoid 32 in einen Kraftzustand hoher Erregung gesteuert wird, wird die Ventilkammer 34A mit jeder Rohrleitung verbunden und wird der Ölhydraulikdruck über die Ölhydraulikrohrleitungen 22A und 22B und das Durchflusssteuerungsventil 40 zu der hinteren Kammer 6A des Druckbeaufschlagungs-Ölhydraulikzylinders 4 geleitet. Infolgedessen wird der Kolben 8 vorgetrieben, was dem Arbeitsfluid in der vorderen Kammer 6B erlaubt, über die Rohrleitungen 24 und 26 zu dem Behälter 28 zurückzukehren.
Dabei wird die Vortriebsgeschwindigkeit des Kolbens 8 (d. h. Druckbeaufschlagungsstifts 10) über die Durchflussmenge des Ölhydraulikarbeitsfluids bestimmt, das der hinteren Kammer 6A des Druckbeaufschlagungs-Ölhydraulikzylinders 4 zugeführt wird. Die Fluiddurchflussmenge wird gemäß dem Öffnungsgrad des Durchflusssteuerungsventils 40 gesteuert.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird der Öffnungsgrad des Durchflusssteuerungsventils 40 gemäß dem Steuerungssignal gesteuert, das von dem Steuerungscomputer 50 über die Steuerungssignalleitung 56 dem elektromagnetischen Solenoid 42 zugeführt wird.
In der Ölhydraulikrohrleitung 22D ist ein Druckfühler 46 eingebaut. Der Druckfühler 46 misst die Höhe des Ölhydraulikdrucks, der in die hintere Kammer 6A des Druckbeaufschlagungs-Ölhydraulikzylinders 4 zusätzlich eingebracht wird, d. h. die durch den Druckbeaufschlagungsstift 10 von der Metallschmelze aufgenommene Reaktionskraft. Die Messdaten von dem Druckfühler 46 werden über eine Messsignalleitung 54 in den Steuerungscomputer 50 eingegeben.
Der Druckbeaufschlagungs-Ölhydraulikzylinder 4 umfasst einen als Positionsfühler dienenden Differentialwandler 12. Der Differentlalwandler 12 misst genau die Verschiebung des Druckbeaufschlagungskolbens 8, d. h. die Verschiebung des Druckbeaufschlagungsstifts 10. Die Messdaten der Verschiebung werden über eine Messsignalleitung 52 in den Steuerungscomputer 50 eingegeben.
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in Fig. 2 und auf Fig. 1 wird nun der Ablauf eines Pressgießverfahrens beschrieben, bei dem die Pressgießvorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau Verwendung findet. Das Flussdiagramm in Fig. 2 veranschaulicht eine Pressgießroutine bei der Pressgießvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Zum Zeitpunkt des Pressgießbeginns befindet sich der Kolben 8 des Druckbeaufschlagungs-Ölhydraulikzylinders 4 in seiner zurückgezogenen Position. Außerdem ist das elektromagnetische Zwei-Wege-Steuerungsventil 30 in seinem vollständig geschlossenen Zustand (d. h. in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand), in dem seine Ventilkammer 34B mit jeder Rohrleitung verbunden ist. Darüber hinaus wurde der Öffnungsgrad des Durchflusssteuerungsventils 40 so eingestellt, dass die Durchflussmenge des Ölhydraulikarbeitsfluids durch das Ventil 40 einen Vortrieb des Kolbens 8 bei sehr geringer Geschwindigkeit erlaubt.
Beim Start der Steuerung in Schritt S10 wird ein (nicht gezeigter) Einspritzkolben vorgetrieben, um durch einen Einguss, einen Hauptkanal und einen Einlauf der Form 1 Metallschmelze in den Hohlraum 3 einzuspritzen (Schritt S12). Wenn nach Abschluss der Metallschmelzeeinspritzung eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, wird ein Vorgang zur Erfassung des Erstarrungszustands der Metallschmelze begonnen (Schritt S14). Im Einzelnen wird das elektromagnetische Zwei-Wege-Steuerungsventil 30 geöffnet, was einer sehr kleinen Menge Ölhydraulikarbeitsfluid erlaubt, durch das Durchflusssteuerungsventil 40 hindurch der hinteren Kammer 6A des Druckbeaufschlagungs-Ölhydraulikzylinders 4 zugeführt zu werden, um den Druckbeaufschlagungsstift 10 mit sehr geringer Geschwindigkeit vorzutreiben.
Gleichzeitig berechnet der Steuerungscomputer 50 die durch den Druckbeaufschlagungsstift 10 von der Metallschmelze aufgenommene Reaktionskraft auf der Grundlage von Messdaten, die von dem Druckfühler 46 über die Messsignalleitung 54 eingelesen werden. Der Steuerungscomputer 50 bestimmt außerdem die der auf diese Weise berechneten Reaktionskraft entsprechende Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 10 und steuert den Öffnungsgrad des Durchflusssteuerungsventils 40, um für die vorbestimmte Vortriebsgeschwindigkeit zu sorgen. Auf diese Weise wird der Druckbeaufschlagungsstift mit einer der Reaktionskraft der Metallschmelze entsprechenden Geschwindigkeit vorgetrieben (Schritt S16). Die Vortriebsgeschwindigkeit wird auf einen umso höheren Wert gesteuert, je höher die Reaktionskraft ist, und auf einen umso niedrigeren Wert, je geringer die Reaktionskraft ist.
Anschließend erfolgt eine Überprüfung, ob durch die Verschiebung des Druckbeaufschlagungsstifts 10, die durch den Differentialwandler 12 gemessen wird, ein vorbestimmter Hub L1 erreicht wurde (Schritt S18). Der vorbestimmte Hub L1 entspricht dem Ausmaß des Druckbeaufschlagungshubs des Druckbeaufschlagungsstifts 10 und ist in einem Speicher des Steuerungscomputers 50 gespeichert. Falls das Ergebnis der Überprüfungen im Schritt S18 "NEIN" ist, kehrt die Routine zu Schritt S16 zurück und wird der Druckbeaufschlagungsstift 10 unter der vorstehend beschriebenen Steuerung weiter vorgetrieben. Gleichzeitig wird die Vortriebsgeschwindigkeit auf einen umso höheren Wert gesteuert, je höher die Reaktionskraft ist. Die Schritte S16 und S18 werden wiederholt ausgeführt.
Falls das Ergebnis der Überprüfung im Schritt S18 "JA" ist, wird die Ventilkammer 34B des elektromagnetischen Zwei-Wege-Steuerungsventils 30 mit jeder Rohrleitung verbunden, wodurch der Druckbeaufschlagungsstift 10 angehalten wird. Nach Verstreichen einer weiteren vorbestimmten Zeitdauer wird das elektromagnetische Zwei- Wege-Steuerungsventil 30 dann in einen Zustand umgeschaltet, in dem die Ventilkammer 34C mit jeder Rohrleitung verbunden ist, um den Druckbeaufschlagungsstift zu der ursprünglichen Position zurückkehren zu lassen (Schritt S20), wodurch die Druckbeaufschlagung beendet wird (Schritt S22).
Nachdem die Metallschmelze durch Abkühlen ausreichend erstarrt ist, wird die Form geöffnet und das Gusserzeugnis aus dem Hohlraum 3 genommen, wodurch ein Gießzyklus vervollständig wird.
Wie beschrieben wird bei der Pressgießvorrichtung 2 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die durch den Druckbeaufschlagungsstift 10 von der Metallschmelze aufgenommene Reaktionskraft beim Vortrieb des Stifts 10 gemessen und die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 10 gemäß der gemessenen Reaktionskraft geändert. Auf diese Weise wird beim Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts 10 dessen Geschwindigkeit passend bis zum Abschluss der Druckbeaufschlagung durch den Gesamthub L1 gesteuert.
Die Druckbeaufschlagung erfolgt daher bei der Vortriebsgeschwindigkeit, die dem Erstarrungszustand jeden Metallschmelzeabschnitts entspricht, sodass für jeden Teilabschnitt des Druckbeaufschlagungshubs L1 des Druckbeaufschlagungsstifts 10 stets eine zufriedenstellende Druckbeaufschlagungswirkung erzielt werden kann. Da dieser Vorgang über den Gesamthub L1 des Druckbeaufschlagungsstifts 10 erfolgt, kann für die gesamte mit Druck zu beaufschlagende Metallschmelze eine ausreichende Druckbeaufschlagungswirkung erzielt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zwar der Differentialwandler 12 als Positionsfühler zur Messung der Verschiebung des Druckbeaufschlagungsstifts 10 verwendet, jedoch ist es auch möglich, als Einrichtung zur Messung der Verschiebung des Druckbeaufschlagungsstifts 10 ein Potentiometer, einen Linearkodierer, ein Lasermessinstrument usw. einzusetzen.
Darüber hinaus wurde zwar die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 10 unter Verwendung einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Durchflussmenge des Ölhydraulikarbeitsfluids und der Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts gesteuert, jedoch ist es auch möglich, ein System Anwendung finden zu lassen, bei dem gemäß der Messung der tatsächlichen Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 10 eine Regelung erfolgt. Dieses System erlaubt eine genauere Steuerung der Druckbeaufschlagungsstiftgeschwindigkeit. In diesem Fall kann als Verfahren zur Messung der tatsächlichen Vortriebsgeschwindigkeit ein Verfahren Anwendung finden, bei dem der Steuerungscomputer 50 die Geschwindigkeit anhand der von dem Differentialwandler 12 zur Verfügung gestellten Verschiebung und Zeitdaten berechnet. Darüber hinaus kann das System eine Einrichtung zur direkten Messung der Geschwindigkeit umfassen, wie etwa einen Drehzahlmesser.

Zweites Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Der Gesamtaufbau einer bei einem Pressgießverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Pressgießvorrichtung ist genau der gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Beschreibung wird daher nicht wiederholt und es wird, falls erforderlich, auf Fig. 1 verwiesen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird zunächst die Pressgießroutine bei dem Pressgießverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das die Pressgießroutine bei dem Pressgießverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, ist die Pressgießroutine gemäß diesem Ausführungsbeispiel die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme dessen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel anstelle der Bestimmung des Zeitpunkts für die Druckbeaufschlagung mit sehr geringer Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 10 in Schritt S14 die Druckbeaufschlagung durch den Beginn des Vortriebs des Druckbeaufschlagungsstifts 10 (Schritt S54) direkt nach dem Verstreichen einer vorgestimmten Zeitdauer T0 nach dem Einspritzen der Metallschmelze (Schritt S52) veranlasst wird.
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 10 entsprechend der durch den Druckbeaufschlagungsstift 10 von der Metallschmelze aufgenommenen Reaktionskraft beim Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts 10 gesteuert (Schritt S56). Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts gemäß Druckbeaufschlagungsstift-Zustandsgrößen korrigiert.
Unter dem Begriff "Druckbeaufschlagungsstift-Zustandsgrößen" sind verschiedene physikalische Größen zu verstehen, die sich mit dem Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts oder mit der Zeit ändern. Unter die Druckbeaufschlagungsstift-Zustandsgrößen fallen die Beschleunigung des Druckbeaufschlagungsstifts, dessen Vortriebsgeschwindigkeit, der Widerstand gegenüber der Reibung zwischen dem Druckbeaufschlagungsstift und der Form, die Temperatur des freien Endes des Druckbeaufschlagungsstifts und die sonstige Temperatur der Form, die Temperatur des Ölhydraulikarbeitsfluids in dem Ölhydrauliksystem, die Temperatur der eingespritzten Metallschmelze, die Temperatur des die Form kühlenden Kühlwassers usw.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Öffnungsgrad v des Ölhydrauliksystemventils (d. h. des Durchflusssteuerungsventils 40) wie folgt bestimmt, um die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 10 festzulegen:
v = f (x)... (1),
wobei x die Reaktionskraft der Metallschmelze darstellt.
Da f(x) eine Funktion der Reaktionskraft x ist, können in Abhängigkeit von den Charakteristiken des zum Gießen verwendeten Druckbeaufschlagungssystems verschiedene Funktionen von x verwendet werden, wie etwa lineare Funktionen, quadratische Funktionen usw.
Im Gegensatz dazu ist der Schritt S56 bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass die oben genannten verschiedenen Druckbeaufschlagungsstift- Zustandsgrößen zur Korrektur des Öffnungsgrads v des Ventils verwendet werden. Zum Beispiel lässt sich der Ventilöffnungsgrad v wie folgt festlegen, wenn die Beschleunigung des Druckbeaufschlagungsstifts 10 mit u, die Vortriebsgeschwindigkeit des Stifts 10 mit w, der Widerstand gegenüber der Reibung zwischen dem Druckbeaufschlagungsstift und der Form mit y und die Temperatur des freien Endes des Druckbeaufschlagungsstifts 10 mit z bezeichnet werden:
v = {f(x), f(u), f(w), f(y), f(z)}... (2),
wobei f(u), f(w), f(y) und f(z) jeweils Funktionen von u, w, y und z darstellen und in Abhängigkeit von den Charakteristiken des zum Gießen dienenden Druckbeaufschlagungssystems verschiedene Funktionen von u, w, y und z verwendet werden können, wie etwa lineare Funktionen, quadratische Funktionen usw.
Abgesehen von der als Beispiel dienenden Gleichung (2) können auch die notwendigen Druckbeaufschlagungsstift- Zustandsgrößen kombiniert werden, um den Ventilöffnungsgrad v auf einen optimalen Wert zu korrigieren. Es ist daher möglich, die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 10 auf einen optimalen Wert zu steuern.
Während des Vortriebs des Druckbeaufschlagungsstifts 10 (Schritt S54), der nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer T0 nach dem Einspritzen der Metallschmelze (Schritt S52) erfolgt, wird die momentane Vortriebsgeschwindigkeit im Einzelnen auf die in Schritt S56 beschriebene Weise gemäß dem von dem Druckbeaufschlagungsstift 10 durch die Metallschmelze aufgenommenen Druck (Einspritzdruck) erhalten. Anschließend wird das Durchflusssteuerungsventil 40 auf den Öffnungsgrad v gesteuert, der unter Verwendung der Gleichung (2) oder dergleichen erhalten wurde, und der Druckbeaufschlagungsstift 10 zur Druckbeaufschlagung mit passender Geschwindigkeit vorgetrieben (Schritt S56).
Im Anschluss an die Steuerung in Schritt S56 erfolgt eine Überprüfung, ob durch die Verschiebung des Druckbeaufschlagungsstifts 10 ein vorbestimmter Hub L1 erreicht wurde (Schritt S58). Falls das Ergebnis der Überprüfung "NEIN" ist, kehrt die Routine zu Schritt S56 zurück und wird der Druckbeaufschlagungsstift 10 unter der vorstehend beschriebenen Steuerung weiter vorgetrieben.
Falls sich in Schritt S58 als Überprüfungsergebnis "JA" ergibt, wird der Druckbeaufschlagungsstift 10 durch Betätigung des Ölhydrauliksystems angehalten. Nach Verstreichen einer weiteren vorbestimmten Zeitdauer wird der Druckbeaufschlagungsstift dann in die Anfangsposition zurückgezogen (Schritt S60), wodurch die Druckbeaufschlagungssteuerung beendet wird (Schritt S62).
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4(A) bis 4(C) werden nun die durch das Pressgießverfahren erzielbaren Ergebnisse beschrieben. Fig. 4(A) ist eine Schnittansicht, die die Art und Weise der Druckbeaufschlagung bei dem Pressgießverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Fig. 4(B) zeigt den Hub des Druckbeaufschlagungsstifts bei dem Pressgießverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Auftragung über die Zeit, während Fig. 4(C) den durch den Druckbeaufschlagungsstift aufgenommenen Druck als Auftragung über die Zeit zeigt.
Wie in Fig. 4(A) gezeigt ist, erstarrt in den Hohlraum 14 eingespritzte Metallschmelze allmählich, während der Druckbeaufschlagungsstift 10 an der durch die durchgezogene Linie gekennzeichneten zurückgezogenen Position (Anfangsposition) festgehalten wird, indem sie von ihren die Wandflächen des Hohlraums 14 berührenden Abschnitten aus abkühlt. In dem Moment, an dem die vorbestimmte Zeit T0 in Schritt S54 in Fig. 3 verstrichen ist, befindet sich die Metallschmelze 16 in der Nähe der Wandflächen des Hohlraums 14 und des Druckbeaufschlagungsstifts 10 daher in einem Zustand fortgeschrittener Erstarrung, während sich Metallschmelze 18 in einem anderen Teil des Hohlraums 14 in einem nicht erstarrten Zustand befindet.
Genauer gesagt befindet sich die Metallschmelze in einem Bereich A1 des Hubs des Druckbeaufschlagungsstifts 10 in einem Zustand fortgeschrittener Erstarrung, während sie sich im Bereich A2 in einem nicht erstarrten Zustand befindet.
Wie in den Fig. 4(B) und 4(C) gezeigt ist, wird daher mit dem Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts 10, der bei Verstreichen der vorbestimmten Zeit T0 nach dem Einspritzen der Metallschmelze vorgenommen wird, von der im Zustand fortgeschrittener Erstarrung befindlichen Metallschmelze 16 eine hohe Reaktionskraft aufgenommen, was unmittelbar zu einem Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts 10 mit hoher Geschwindigkeit führt, um im Bereich A1 Druck aufzubringen. Wenn der Druckbeaufschlagungsstift 10 weiter vorgetrieben wird, sodass er in den Bereich A2 kommt, verringert sich die von dem Druckbeaufschlagungsstift 10 aufgenommene Reaktionskraft, da sich die Metallschmelze 18 in dem nicht erstarrten Zustand befindet. Die Vortriebsgeschwindigkeit wird daher gesenkt.
Während der Druckbeaufschlagungsstift 10 im Bereich A3 mit geringer Geschwindigkeit vorgetrieben wird, schreitet die Erstarrung der inneren Metallschmelze 18 allmählich fort, sodass sich die durch den Druckbeaufschlagungsstift 10 aufgenommene Reaktionskraft allmählich erhöht. Der Druckbeaufschlagungsstift 10 wird daher im Bereich A4 unter allmählicher Erhöhung der Geschwindigkeit vorgetrieben, um schließlich das durch die gestrichelte Linie angegebene Hubende zu erreichen.
Auf diese Weise wird der Druckbeaufschlagungsstift 10 mit einer Geschwindigkeit vorgetrieben, die einem Wert entspricht, der durch Korrektur der von dem Druckbeaufschlagungsstift 10 aufgenommene Reaktionskraft mit der oben erwähnten Druckbeaufschlagungsstift-Zustandsgröße erhalten wurde. Indem die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 10 zur Druckbeaufschlagung wie gezeigt entsprechend dem Erstarrungszustand der Metallschmelze und der Druckbeaufschlagungsstift- Zustandsgröße festgelegt wird, kann über die gesamte mit Druck zu beaufschlagende Metallschmelze eine passendere Druckbeaufschlagung erzielt werden.

Drittes Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7 wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei bezogen auf Fig. 5 zunächst der Gesamtaufbau einer Pressgießvorrichtung 72 beschrieben wird, die bei einem Pressgießverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel Verwendung findet. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist der Aufbau der Pressgießvorrichtung 72 gemäß diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen der gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die gezeigte Pressgießvorrichtung 72 weist im Einzelnen einen Druckbeaufschlagungsstift 80 auf, der durch einen Druck, der zu einem zur Druckbeaufschlagung dienenden Ölhydraulikzylinder 74 geleitet wird, gemeinsam mit einem Kolben 78 vorgetrieben und zurückgezogen wird. Das Ölhydrauliksystem umfasst einen Ölhydraulikdruckerzeuger 90, ein elektromagnetisches Zwei-Wege-Steuerungsventil 100, ein Durchflusssteuerungsventil 110 und Ölhydraulikrohrleitungen, die diese Komponenten verbinden. Der Öffnungsgrad des Durchflusssteuerungsventils 110 und die Ventilkammerposition des elektromagnetischen Zwei-Wege- Steuerungsventils 100 werden durch jeweilige Steuerungssignale gesteuert, die von einem Steuerungscomputer 120 über Steuerungssignalleitungen 126 und 128 zugeführt werden.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Speicher 122 des Steuerungscomputers 120 Speicherbereiche aufweist, um Daten eines vorgestimmten Drucks Pa, einer vorbestimmten Zeit T1, einer Erfassungszeit T2, einer vorbestimmten Geschwindigkeit V1 und einer Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit V2 zu speichern. Die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 10 (d. h. der Öffnungsgrad des Durchflusssteuerungsventils 110) wird gemäß diesen Daten gesteuert.
Darüber hinaus ist bei diesem Ausführungsbeispiel der zur Druckbeaufschlagung dienende Ölhydraulikzylinder 74 mit keinem Differentialwandler zur Messung der Verschiebung des Druckbeaufschlagungsstifts versehen.
Der vorbestimmte Druck Pa entspricht der durch den Druckbeaufschlagungsstift 80 aufgenommenen Reaktionskraft, wenn der Erstarrungszustand der eingefüllten Metallschmelze für den Beginn der Druckbeaufschlagung geeignet ist. Der Steuerungscomputer 120 nimmt durch Vergleich der Daten des vorbestimmten Drucks Pa und der gemessenen Druckdaten, die von einem Reaktionskraftfühler 116 über eine Signalleitung 124 eingegeben werden, eine Überprüfung vor, ob der vorbestimmte Druck Pa erreicht wurde.
Die vorbestimmte Zeit T1 entspricht einer Wartedauer von der Beendigung des Einfüllens der Metallschmelze bis zum Beginn der Erfassung des Erstarrungszustands bei mit sehr geringer Geschwindigkeit vorgetriebenem Druckbeaufschlagungsstift 10. Diese Zeit T1 hat einen vorbestimmten Wert. Durch einen Zähler an dem Steuerungscomputer 120 wird eine Überprüfung vorgenommen, ob die vorbestimmte Zeit T1 verstrichen ist.
Die Erfassungszeit T2 ist die Zeitdauer vom Beginn der Erstarrungszustandserfassung mit bei sehr geringer Geschwindigkeit vorgetriebenem Druckbeaufschlagungsstift 10 (d. h. Schritt zum Vortrieb bei sehr geringer Geschwindigkeit) bis zum Erreichen des vorbestimmten Drucks Pa durch die von dem Druckbeaufschlagungsstift 80 aufgenommene Reaktionskraft. Diese Zeit T2 wird bei der Durchführung des Pressgießens gemessen, wobei die Messung unter Verwendung eines Zählers in den Steuerungscomputer 120 erfolgt.
Die vorbestimmte Geschwindigkeit V1 entspricht der sehr geringen Geschwindigkeit des Vortriebs des Druckbeaufschlagungsstifts 80 in dem Schritt des Vortriebs mit sehr geringer Geschwindigkeit, in dem der Erstarrungszustand der Metallschmelze erfasst wird.
Die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit V2 entspricht der Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 80 in dem Druckbeaufschlagungsschritt. Ein kennzeichnendes Merkmal der Erfindung ist es, dass die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit V2 anders als beim Stand der Technik keinem vorbestimmten Wert entspricht, sondern unter Berücksichtigung des Erstarrungszustands der Metallschmelze bestimmt wird, wann immer ein Pressgießen durchgeführt wird. Wie im Einzelnen später beschrieben wird, wird der Wert der Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit V2 durch Berechung in dem Steuerungscomputer 120 gemäß dem Intervall der Erfassungszeit T2 bestimmt.
Das die Pressgießvorrichtung 72 mit dem obigen Aufbau verwendende Gießverfahren wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in Fig. 6 und auf Fig. 5 beschrieben. Fig. 6 ist ein Flussdiagramm, das die Routine des Pressgießverfahrens gemäß diesem Ausführungsbeispiel Veranschaulicht.
Wenn die Steuerung in Schritt S30 begonnen wird, wird ein Einspritzkolben der Pressgießvorrichtung 72 vorgetrieben, um in einen Hohlraum einer Form Metallschmelze durch deren Einguss, Hauptkanal und Einlauf einzufüllen (Schritt S32). Wenn nach der Beendigung des Einfüllens der Metallschmelze die vorbestimmte Zeit T1 verstrichen ist (Schritt S34), wird ein Vorgang zur Erfassung des Erstarrungszustands der Metallschmelze ausgeführt (Schritt S36). Im Einzelnen wird bei der vorbestimmten Geschwindigkeit V1 ein Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts 80 mit sehr geringer Geschwindigkeit zugelassen. Gleichzeitig wird der Zähler in dem Steuerungscomputer 120 in Betrieb gesetzt, um die Messung der Erfassungszeit T2 zu starten (Schritt S38).
Anschließend wird eine Überprüfung vorgenommen, ob durch die von dem Druckbeaufschlagungsstift 80 aufgenommenen Reaktionskraft (d. h. durch den Messwert von dem Druckfühler 116) der vorgestimmte Druck Pa erreicht wurde (Schritt S40). Der Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts 80 mit sehr geringer Geschwindigkeit wird fortgesetzt, bis das Ergebnis der Überprüfung "JA" ist, wobei bei Erreichen des vorbestimmten Drucks Pa die Druckbeaufschlagung der Metallschmelze begonnen wird (Schritt S42). Und zwar wird der hinteren Kammer 76A des zur Druckbeaufschlagung dienenden Ölhydraulikzylinders 74 eine große Menge Ölhydraulikarbeitsfluid zugeführt, wodurch bei der vorbestimmten Geschwindigkeit V2 ein Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts 80 mit hoher Geschwindigkeit veranlasst wird.
Bei Erreichen des vorgestimmten Drucks Pa durch den von dem Druckbeaufschlagungsstift 80 aufgenommenen Druck, wird die Messung der Erfassungszeit T2 beendet (Schritt S88) und der Messwert der Erfassungszeit T2 in den Speicher 122 des Steuerungscomputers 120 gespeichert. Der Steuerungscomputer 120 bestimmt den passenden Wert der Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit V2 anhand des Messwerts der Erfassungszeit T2 durch Berechnung.
In Abhängigkeit von den Gießbedingungen wie etwa der Form des Hohlraums und der Temperatur der Metallschmelze kann im Einzelnen davon ausgegangen werden, dass bei einer langen Erfassungszeit T2 die Erstarrungsgeschwindigkeit der Metallschmelze in dem Hohlraum gering ist. Dementsprechend wird die Vortriebsgeschwindigkeit V2 des Druckbeaufschlagungsstifts 80 kleiner eingestellt, sodass eine von dem Druckbeaufschlagungsstift 80 beabstandete Zone der Metallschmelze nicht mit Druck beaufschlagt wird, während die Druckbeaufschlagung keine Wirkung hat.
Bei einer kurzen Erfassungszeit T2 kann dagegen davon ausgegangen werden, dass die Erstarrungsgeschwindigkeit der Metallschmelze höher ist. Dementsprechend wird die Vortriebsgeschwindigkeit V2 des Druckbeaufschlagungsstifts 80 höher eingestellt, um eine Druckbeaufschlagung erreichen zu können, bevor ein von dem Druckbeaufschlagungsstift 80 beabstandeter Abschnitt der Metallschmelze erstarrt ist.
Der Steuerungscomputer 120 steuert den Öffnungsgrad des Durchflusssteuerungsventils 110, um für die auf die obige Weise eingestellte Vortriebsgeschwindigkeit V2 zu sorgen, wobei das Pressen begonnen wird, indem der Druckbeaufschlagungsstift 80 den Vortrieb mit hoher Geschwindigkeit erfährt (Schritt S42).
Nach dem Verstreichen einer sich anschließenden vorbestimmten Zeitdauer wird der Druckbeaufschlagungsstift 80 durch Verbindung der Ventilkammer 104B des elektromagnetischen Zwei-Wege-Steuerungsventils 100 mit jeder Rohrleitung angehalten. Nach dem Verstreichen einer weiteren vorbestimmten Zeitdauer wird das Ventil 100 in einen Zustand umgeschaltet, in dem die Ventilkammer 104C mit der Rohrleitung verbunden ist, um den Druckbeaufschlagungsstift 80 zusammen mit dem Kolben 78 in die Anfangsposition zurückkehren zu lassen (Schritt S44), wodurch die Druckbeaufschlagungssteuerung zum Abschluss gebracht wird (Schritt S46). Nachdem die Metallschmelze durch Abkühlen ausreichend erstarrt ist, wird die Form geöffnet und das Gusserzeugnis in dem Hohlraum herausgenommen, wodurch ein Gießzyklus vervollständigt wird.
Bei dem Pressgießverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit wie beschrieben passend entsprechend der Erstarrungsgeschwindigkeit der Metallschmelze eingestellt, indem in dem Druckbeaufschlagungsschritt die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 80 anhand der Zeit T2 bestimmt wird, die zur Bestimmung des Erstarrungszustands bei Vortrieb mit sehr geringer Geschwindigkeit erforderlich ist. Es lässt sich daher ein Pressgießverfahren erzielen, das ohne Schwierigkeiten und zuverlässig eine ausreichende Druckbeaufschlagungswirkung über die gesamte mit Druck zu beaufschlagende Metallschmelze zulässt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 7(A) und 7(B) werden die mit diesem Pressgießverfahren erzielbaren Ergebnisse beschrieben. Fig. 7(A) zeigt bei dem Pressgießverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel über die verstrichene Zeit aufgetragen den Hub des Druckbeaufschlagungsstifts 10. Fig. 7(B) zeigt über die verstrichene Zeit aufgetragen den durch den Druckbeaufschlagungsstift 10 aufgenommenen Druck. In den Fig. 7(A) und 7(B) sind drei verschiedene Fälle a bis c gezeigt, in denen die Erstarrungsgeschwindigkeit der Metallschmelze unter unterschiedlichen Gießbedingungen verschieden ist.
Nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit T1 nach Beendigung des Einspritzens der Metallschmelze beginnt die Erfassung des Erstarrungszustands mit bei sehr geringer Geschwindigkeit V1 vorgetriebenem Druckbeaufschlagungsstift 80. In Fig. 7(A) entspricht die Steigung der geraden Linie der Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts 80. In jedem der Fälle a bis c befindet sich die Steigung der geraden Linie Fig. 7(A) in diesem Zustand.
Wie in Fig. 7(B) gezeigt ist, ergeben sich in den einzelnen Fällen a bis c bei Auftragung über die Zeit für die durch den Druckbeaufschlagungsstift 80 aufgenommene Reaktionskraft verschiedene Kurven. Im Fall a, in dem die Erstarrungsgeschwindigkeit der Metallschmelze hoch ist, wird der vorbestimmte Druck Pa durch die Reaktionskraft von dem Druckbeaufschlagungsstift 80 als Erstes erreicht (Erfassungszeit: T2 = Ta). Im Fall c, in dem die Erstarrungsgeschwindigkeit der Metallschmelze gering ist, wird der vorbestimmte Druck Pa durch die von dem Druckbeaufschlagungsstift 80 aufgenommene Reaktionskraft als Letztes erreicht (Erfassungszeit: T2 = Tc). Im Fall b der mittleren Erstarrungsgeschwindigkeit, liegt die erhaltene Kurve in der Mitte zwischen den zwei obigen Kurven (Erfassungszeit: T2 = Tb).
Bei Erreichen des vorbestimmten Drucks Pa wird entschieden, dass ein vorbestimmter Erstarrungszustand der Metallschmelze erreicht wurde, und wird der Druckbeaufschlagungsstift 80 zur Druckbeaufschlagung von einem Zustand sehr geringer Vortriebsgeschwindigkeit in einen Zustand hoher Vortriebsgeschwindigkeit umgeschaltet. Die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit V2 wird wie oben beschrieben in Übereinstimmung mit den einzelnen Werten Ta bis Tc der Erfassungszeit T2 eingestellt. Wie in Fig. 7(A) im Einzelnen gezeigt ist, wird die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit V2 im Fall einer kurzen Erfassungszeit Ta auf einen hohen Wert Va, im Fall einer mittleren Erfassungszeit Tb auf einen mittleren Wert Vb und im Fall einer langen Erfassungszeit Tc auf einen kleineren Wert Vc eingestellt.
Bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen wird die Reaktionskraft (d. h. der Erstarrungszustand) jedes Abschnitts der Metallschmelze gemessen, wobei die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts für jeden Metallschmelzeabschnitt entsprechend geändert wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass für jeden Teilabschnitt des Hubs des Druckbeaufschlagungsstifts eine feine Vortriebsgeschwindigkeitssteuerung vorgenommen werden kann, sodass sich über den Gesamthub eine noch bessere Druckbeaufschlagungswirkung erzielen lässt. Nachteilig ist jedoch, dass eine solche Steuerung eine sehr schnelle Verarbeitung erfordert, was bedeutet, dass der Steuerungscomputer eine sehr hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit haben sollte und eine komplizierte Verarbeitungssoftware benötigt.
Um diesem Nachteil zu begegnen, werden bei dem Pressgießverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel wie bei dem Pressgießverfahren gemäß dem Stand der Technik zwei unabhängige Schritte ausgeführt, d. h. zur Reaktionskraftmessung der Vortriebsschritt bei sehr geringer Geschwindigkeit und zur Druckbeaufschlagung der Metallschmelze der Druckbeaufschlagungsschritt durch Vortrieb des Druckbeaufschlagungsstifts mit hoher Geschwindigkeit, wobei die Vortriebsgeschwindigkeit in dem Druckbeaufschlagungsschritt gemäß der bei dem Vortriebsschritt mit sehr geringer Geschwindigkeit gemessenen Zeit festgelegt wird. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Steuerungscomputers muss daher nicht allzu hoch sein und es lässt sich mit im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie beim Stand der Technik ohne Schwierigkeiten und zuverlässig eine ausreichende Druckbeaufschlagungswirkung über die gesamte Metallschmelze erzielen.
Bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele wurden der zur Druckbeaufschlagung dienende Ölhydraulikzylinder und Ölhydraulikkolben als Ölhydraulikantriebseinrichtungen verwendet, um den Druckbeaufschlagungsstift anzutreiben. Es ist jedoch auch möglich, andere Ölhydraulikantriebseinrichtungen wie zum Beispiel einen Luftzylinder, einen Ölhydraulikmotor, einen elektrischen Motor usw. zu verwenden.
Darüber hinaus wurde zwar der von dem Druckbeaufschlagungsstift 10 aufgenommene Druck durch Einbau des Drucksfühlers in die Ölhydraulikrohrleitung gemessen, jedoch ist es auch möglich, eine andere Druckmesseinrichtung zu verwenden oder die Druckmesseinrichtung direkt in den zur Druckbeaufschlagung dienenden Ölhydraulikzylinder einzubauen.
Darüber hinaus sind bei den obigen Ausführungsbeispielen die Angaben zu den anderen Schritten bei dem Pressgießverfahren und dem Aufbau, der Form, der Größe, den Materialien, den Größen, und den Verbindungsbeziehungen anderer Teile der Pressgießvorrichtung nicht als Einschränkung zu verstehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Pressgießverfahren wird die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts während der Druckbeaufschlagung gemäß dem Erstarrungszustand der Metallschmelze bestimmt. Die Druckbeaufschlagung lässt sich daher mit einer dem Erstarrungszustand jedes Abschnitts der Metallschmelze entsprechenden Vortriebsgeschwindigkeit erreichen, sodass für jeden Teilabschnitt des Druckbeaufschlagungshubs des Druckbeaufschlagungsschritts stets eine ausreichende Druckbeaufschlagungswirkung erzielt werden kann.
Es wird daher ein für die Praxis nützliches Pressgießverfahren bereitgestellt, dass eine ausreichende Druckbeaufschlagungswirkung über die gesamte mit Druck zu beaufschlagende Metallschmelze erlaubt, weshalb gleichbleibend hochqualitative Gusserzeugnisse erhalten werden können, die frei von Defekten wie etwa Einfallstellen und Lunkern sind, die anderenfalls bei der Erstarrung und dem Schrumpfen der Metallschmelze erzeugt werden könnten.
Da die Druckgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit Änderungen der Gießbedingungen eingestellt wird, besteht eine weitere Wirkung der Erfindung darin, dass Änderungen der Gießbedingungen wie etwa der Formtemperatur und der Metallschmelzetemperatur aufgefangen werden können. Es ist daher möglich, den Anteil fehlerhafter Gusserzeugnisse und die Anzahl der Ausschusserzeugnisse zu senken. Darüber hinaus wird keine Temperatursteuerung benötigt, was eine Kostensenkung der peripheren Ausrüstung erlaubt.
Während es bei dem herkömmlichen Pressgießsystem, bei dem die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit voreingestellt ist, notwendig war, die Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit passend unter Berücksichtigung der Hohlraumform usw. einzustellen, wodurch eine beträchtliche Anzahl zusätzlicher Schritte erforderlich war, sind solche Schritte bei der Erfindung überhaupt nicht erforderlich, da der Druckbeaufschlagungsstift unter Einstellung der optimalen Druckbeaufschlagungsgeschwindigkeit für jeden Teilabschnitt des Druckbeaufschlagungsstifthubs vorgetrieben wird.

Claims

1. Pressgießverfahren, mit den Schritten:

Einfüllen von Metallschmelze (16, 18) in einen Hohlraum (3; 14);

Druckbeaufschlagung der Metallschmelze (16, 18) während ihrer Erstarrung durch Vortreiben eines Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80),

gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:

Messen einer durch den Druckbeaufschlagungsstift (10; 80) von der Metallschmelze (16, 18) aufgenommenen Reaktionskraft während des Vortriebs des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80); und

Steuern einer Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80) derart, dass die Geschwindigkeit erhöht wird, wenn die Reaktionskraft hoch ist, und gesenkt wird, wenn die Reaktionskraft gering ist,

wobei der Reaktionskraftmessschritt und der Vortriebsgeschwindigkeitsteuerungsschritt wiederholt ausgeführt werden.

2. Pressgießverfahren nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsleistung eines Aktuators (4, 20, 22A, 22D; 74, 90, 92A, 92D) zum Vortreiben des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80) erhöht wird, wenn die Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80) erhöht wird.

3. Pressgießverfahren nach Anspruch 2, wobei die Ausgangsleistung des Aktuators (4, 20, 22A, 22D; 74, 90, 92A, 92D) auf der Grundlage der in dem Reaktionskraftmessschritt gemessenen Reaktionskraft bestimmt wird.

4. Pressgießverfahren nach Anspruch 2, wobei die Ausgangsleistung des Aktuators (4, 20, 22A, 22D; 74, 90, 92A, 92D) auf der Grundlage der in dem Reaktionskraftmessschritt gemessenen Reaktionskraft und der Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80) bestimmt wird.

5. Pressgießverfahren nach Anspruch 2, wobei die Ausgangsleistung des Aktuators (4, 20, 22A, 22D; 74, 90, 92A, 92D) auf der Grundlage der in dem Reaktionskraftmessschritt gemessenen Reaktionskraft und der Temperatur des freien Endes des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80) bestimmt wird.

6. Pressgießverfahren nach Anspruch 2, wobei der Aktuator (4, 20, 22A, 22D; 74, 90, 92A, 92D) eine Ölhydraulikpumpe (20; 90), einen Ölhydraulikzylinder (4; 74) und eine die Pumpe (20; 90) und den Zylinder (4; 74) verbindende Rohrleitung (22A, 22D; 92A; 92D) umfasst und die Ausgangsleistung des Aktuators (4, 20, 22A, 22D; 74, 90, 92A, 92D) durch ein in die Rohrleitung (22A, 22D; 92A, 92D) eingebautes Durchflusssteuerungsventil (40; 110) gesteuert wird.

7. Pressgießverfahren nach Anspruch 1, wobei die Anfangsvortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80) auf sehr geringe Geschwindigkeit gesteuert wird.

8. Pressgießvorrichtung, die eine Form (1) mit einem Hohlraum (3; 14) umfasst, der durch einen Einspritzkolben mit einer Metallschmelze (16, 18) gefüllt wird,

gekennzeichnet durch

einen Druckbeaufschlagungsstift (10; 80), der mittels eines Aktuators (4, 20, 22A, 22D; 74, 90, 92A, 92D) vorgetrieben wird;

einen Reaktionskraftfühler (46, 116), der während des Vortriebs des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80) in den Hohlraum (3; 14) eine durch den Druckbeaufschlagungsstift (10; 80) von der Metallschmelze (16, 18) aufgenommene Reaktionskraft misst; und

eine Aktuatorausgangsleistungssteuerung (40; 110), die die Ausgangsleistung des Aktuators (4, 20, 22A; 74, 90, 92A, 92D) erhöht, wenn die Reaktionskraft hoch ist, und die Ausgangsleistung des Aktuators (4, 20, 22A, 22D; 74, 90, 92A, 92D) senkt, wenn die Reaktionskraft gering ist.

9. Pressgießvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Aktuator (4, 20, 22A, 22D, 74, 90, 92A, 92D) eine Ölhydraulikpumpe (20; 90), einen Ölhydraulikzylinder (4; 74) und eine die Pumpe (20; 90) und den Zylinder (4; 74) verbindende Rohrleitung (22A, 22D; 92A, 92D) umfasst und die Ausgangsleistung des Aktuators (4, 20, 22A, 22D; 74, 90, 92A, 92D) durch ein in die Rohrleitung (22A, 22D; 92A, 92D) eingebautes Durchflusssteuerungsventil (40; 110) gesteuert wird.

10. Pressgießverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte:

Vortreiben des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80) mit sehr geringer Geschwindigkeit, nachdem die Metallschmelze (16, 18) in den Hohlraum (3; 14) eingefüllt worden ist;

Messen der durch den Druckbeaufschlagungsstift (10; 80) von der Metallschmelze (16, 18) aufgenommenen Reaktionskraft während des Vortriebs des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80) mit sehr geringer Geschwindigkeit;

Messen der Zeit, bis ein vorbestimmter Wert der in dem Reaktionskraftmessschritt gemessenen Reaktionskraft erreicht worden ist; und

Erhöhen der Vortriebsgeschwindigkeit des Druckbeaufschlagungsstifts (10; 80) auf eine Geschwindigkeit zur Druckbeaufschlagung bei Erreichen eines vorbestimmten Werts der in dem Reaktionskraftmessschritt gemessenen Reaktionskraft,

wobei die Geschwindigkeit zur Druckbeaufschlagung auf der Grundlage des Zeitmessschritts bestimmt wird.

11. Pressgießverfahren nach Anspruch 10, wobei die Geschwindigkeit zur Druckbeaufschlagung so bestimmt wird, dass ihr Wert umso höher ist, je kürzer die in dem Zeitmessschritt gemessene Zeit ist.