EP1934005A2 - Druckgiessverfahren - Google Patents

Druckgiessverfahren

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EP1934005A2
EP1934005A2 EP06775167A EP06775167A EP1934005A2 EP 1934005 A2 EP1934005 A2 EP 1934005A2 EP 06775167 A EP06775167 A EP 06775167A EP 06775167 A EP06775167 A EP 06775167A EP 1934005 A2 EP1934005 A2 EP 1934005A2
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EP
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die casting
opening
casting
chamber
filling
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EP06775167A
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Bernhard Fritsche
Bernd Watzinger
Gilbert Moret
Roger Koller
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Buehler Druckguss AG
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Buehler Druckguss AG
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2272—Sprue channels
    • B22D17/2281—Sprue channels closure devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2023—Nozzles or shot sleeves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2272—Sprue channels

Definitions

  • the invention relates to a die casting method using metal melts, particularly preferably of aluminum, magnesium or zinc materials for the production of die-cast parts.
  • DE-A-4326325 discloses a method for selectively discharging a metallurgical vessel.
  • the vessel has a drain port in the bottom area, in which a part of the vessel contents is solidified, so that a plug is formed.
  • the thus closed emptying nozzle can be opened by melting the plug.
  • the discharge nozzle is associated with an induction heater.
  • the invention has for its object to develop a die casting in which a mold-side opening of a casting chamber is closed, this also by the material to be cast itself, an aluminum, magnesium or zinc material so that no mechanically moving closures are required.
  • the mold-side opening of the casting chamber to the mold resp. formed to the sprue by a material closure is preferably a plug, which may also be disc-shaped made of at least teilerstarrtem material (casting material).
  • this plug Before the next shot, this plug is to be at least partially melted, for which purpose the energy of the melt replenished in the casting chamber and / or a heating device is used.
  • the grafting can be done in single as well as in multiple cuts.
  • the formation of plugs is possible on the entire way to the gate as well as in the gate itself. Multiple grafting or grafting in multiple runners are also possible.
  • the casting piston must stop at the current shot in front of the stopper to be formed.
  • closure can be supplemented by mechanically moving or other closure elements, in particular elements acting independently of one another.
  • the invention is further based on the object to provide a die casting machine for carrying out the method.
  • the die casting machine contains i.a. following features:
  • the casting chamber has at least one channel to a mold (molding channel) and a connection channel to a melting furnace.
  • Form channels can be closed at the mold inlet and the connection channel can be closed.
  • Cyclic cooling or heating by active or passive means e.g. inductive or conductive heating elements, inserts for insulation u.a.
  • the invention thus relates to a high pressure die casting, but no Thixogiessverfah- ren.
  • FIG. 1 shows schematically in Figs. 1 and 2 parts of a die casting machine.
  • a die casting machine not fully shown, has a casting chamber 1 with a casting piston 2.
  • the casting chamber 1 has a nozzle 3 for docking a dosing tube 5 for dosing from below or alternatively an opening for dosing from above.
  • the opening for metering from above can also be used as a counter- hole used for venting the casting chamber 1 (reduction of counter-pressure waves).
  • An end opening 7 opposite the casting piston 2 to a runner channel of the mold cavity of a mold is completely sealable.
  • This seal of the opening 7 is achieved by a plug 4 of the material to be poured.
  • This plug is formed by "excess" molten metal by the casting piston 2 is moved so far in the direction of the opening 7 after a filling of the casting chamber 1 that the mold cavity is completely filled with molten metal and a Schmelzerest remains in the casting chamber 1 in front of the opening 7.
  • the stopper 4 is at least partially remelted during or before the ancestor of the casting piston 2 by means of a heater 10.
  • the heat of the molten metal can also be used, as shown, with an inserted heater 10 or by means of a dome or torpedo 11, which is arranged as a separate element in the melt channel 13.
  • melt supply via a metering valve 12 may be regulated, wherein the melt also passes at the end face of the casting chamber 1 through an inlet opening 9 in this and is pressed by an outlet opening 8 (corresponding to the aforementioned opening 7) of this in the mold and is heated by the torpedo 11.
  • the casting chamber 1 can also consist of a fully effetnitr faced and powder metallurgy produced material. reference numeral

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Description

Druckgiessverfahren
Die Erfindung betrifft ein Druckgiessverfahren unter Verwendung von Metallschmelzen, besonders bevorzugt von Aluminium-, Magnesium- oder Zinkwerkstoffen zur Herstellung von Druckgussteilen.
Die Herstellung von Druckgussteilen aus leichtmetallischen Schmelzen heraus ist bekannt. Hierzu wird eine Portion Schmelze in eine Giesskammer gefüllt und mittels eines Giesskolbens in eine Formkavität gepresst.
Es ist nach der DE-C-10064300 bekannt, einen Giesslauf einer Form so auszubilden, dass er einen Pfropfenaufnahmeraum für einen in einer Düse gebildeten und zu entfernenden Materialpfropfen aufweist, wobei der Giesslauf mindestens einen Laufkanal enthält, welche jeweils abschnittsweise als Pfropfenaufnahmeraum ausgebildet sind.
Die DE-A-4326325 offenbart ein Verfahren zum wahlweisen Entleeren eines metallurgischen Gefässes. Das Gefäss verfügt im Bodenbereich über einen Entleerungsstutzen, in dem ein Teil des Gefässinhaltes zum Erstarren gebracht wird, so dass ein Pfropfen entsteht. Der so verschlossene Entleerungsstutzen Iässt sich dadurch öffnen, dass der Pfropfen zum Schmelzen gebracht wird. Hierzu ist dem Entleerungsstutzen eine Induktionsheizung zugeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckgiessverfahren zu entwickeln, bei dem eine formseitige Öffnung einer Giesskammer verschliessbar ist, dies auch durch das zu vergiessende Material selbst, ein Aluminium-, Magnesium- oder Zinkwerkstoff so dass keine mechanisch bewegten Verschlüsse erforderlich sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs. In bevorzugter Ausgestaltung wird die formseitige Öffnung der Giesskammer zur Form resp. zum Angusskanal durch einen Materialverschluss gebildet. Dieser Matehalverschluss ist be- vorzugt ein Pfropfen, der auch scheibenförmig sein kann aus zumindest teilerstarrtem Material (Giesswerkstoff) besteht.
Vor dem nächsten Schuss ist dieser Pfropfen zumindest partiell aufzuschmelzen, wozu die Energie der in die Giesskammer nachgefüllten Schmelze und/oder einer Heizeinrichtung verwendet wird.
Die Pfropfbildung kann bei einzelnen wie auch bei Mehrfachanschnitten erfolgen. Die Ausbildung von Pfropfen ist auf dem gesamten Weg zum Anschnitt wie auch im Anschnitt selbst möglich. Mehrfachpfropfen bzw. Pfropfen in mehreren Angusskanälen sind ebenfalls möglich.
Der Giesskolben muss beim aktuellen Schuss vor dem zu bildenden Pfropfen stehen bleiben.
Es werden keine mechanisch bewegten Verschlusselemente benötigt und es entsteht kein resp.-kein substantieller Materialverlust.
Nach weiteren Ausführungsvarianten kann das Verschliessen durch mechanisch bewegte oder andere Verschlusselemente, insbesondere unabhängig voneinander wirkende Elemente ergänzt werden.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Druckgiessmaschine zur Ausführung des Verfahrens zu schaffen.
Die Druckgiessmaschine enthält u.a. folgende Funktionsmerkmale:
> Die Giesskammer weist mindestens einen Kanal zu einer Form (Formkanal) und einen Anschlusskanal zu einem Schmelzeofen auf.
> Formkanäle können am Formeintritt geschlossen werden und der Anschlusskanal kann geschlossen werden.
> Formkanäle sind während der Formfüllung offen, der Anschlusskanal ist dabei geschlossen. > Formkanäle sind während der Füllung der Giesskammer geschlossen und der Anschlusskanal ist offen.
> Der Verschluss der Kanäle erfolgt thermisch (Pfropfen) oder ggf. mechanisch.
> Zwischen Giesskammer und Ventil bleibt der zu giessende Werkstoff flüssig, die Giesskammer ist gekühlt.
In weiterer Ausbildung sind noch andere Optionen möglich:
1. Schmelzekanal
Zyklisches Kühlen oder Heizen durch aktive oder passive Mittel, z. induktive oder konduktive Heizelemente, Einsätze zur Dämmung u.a.
2. Schmelzeverteilung
Beheizbare und/oder thermisch isolierte Verteiler
3. Dosierung vom Schmelzeofen
Induktive und bevorzugt zyklische Heizung, Steuerung der Schmelzeviskosität, Verwendung hochkonduktiver und druckunempfindlicher Werkstoffe
4. Andocken des Dosierrohres mit beliebigem Winkel zur Achse der Giesskammer
5. Erhöhung der Schmelzefliesslänge oder Reduktion des Einpressdruckes, Verringerung der Prozesstemperatur der Schmelze, vollständige Temperatursteuerung vom Schmelzeofen bis zur Form, kürzere Zykluszeiten.
Die Erfindung betrifft somit ein Hochdruck-Druckgiessen, jedoch kein Thixogiessverfah- ren.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 und 2 schematisiert Teile einer Druckgiessmaschine.
Eine nicht vollständig dargestellte Druckgiessmaschine weist eine Giesskammer 1 mit einem Giesskolben 2 auf. Die Giesskammer 1 weist einen Stutzen 3 zum Andocken eines Dosierrohres 5 für ein Dosieren von unten oder alternativ eine Öffnung für ein Dosieren von oben auf. Die Öffnung für ein Dosieren von oben kann aber auch als Gegen- loch zur Entlüftung der Giesskammer 1 verwendet werden (Abbau von Gegendruckwellen).
Eine dem Giesskolben 2 gegenüberliegende stimseitige Öffnung 7 zu einem Angusskanal der Formkavität einer Form ist vollständig abdichtbar.
Diese Abdichtung der Öffnung 7 wird durch einen Pfropfen 4 aus dem zu vergiessenden Material erreicht. Gebildet wird dieser Pfropfen durch „überschüssige" Metallschmelze, indem der Giesskolben 2 nach einer Füllung der Giesskammer 1 soweit in Richtung der Öffnung 7 verfahren wird, dass die Formkavität vollständig mit Metallschmelze gefüllt wird und ein Schmelzerest in der Giesskammer 1 vor der Öffnung 7 verbleibt. Dieser Schmelzerest erstarrt zumindest teilweise und bildet so den Pfropfen 4. Nach dem Rückfahren des Giesskolbens 2 und der Füllung der Giesskammer 1 für den nächsten Schuss wird der Pfropfen 4 beim oder vor dem Vorfahren des Giesskolbens 2 mittels einer Heizung 10 zumindest teilweise wieder aufgeschmolzen. Ggf. kann auch die Wärme der Metallschmelze mit genutzt werden. Die Heizung der Schmelze erfolgt wie dargestellt mit einer eingefügten Heizung 10 oder mittels eines Doms resp. Torpedos 11 , welches als separates Element im Schmelzekanal 13 angeordnet ist.
In weiterer Ausbildung kann hierbei die Schmelzezufuhr über ein Dosierventil 12 geregelt sein, wobei die Schmelze auch an der Stirnseite der Giesskammer 1 durch eine Eintrittsöffnung 9 in diese gelangt und durch eine Austrittsöffnung 8 (entsprechend der vorgenannten Öffnung 7) von dieser in die Form gepresst wird und dabei durch den Torpedo 11 aufgeheizt wird.
Nach der zweiten Ausführungsform wird eine Zuleitung (Dosierrohr 5) der Schmelze von einem Ofen nach dem Füllen der Giesskammer 1 und vor dem Füllen der Formkavität durch ein zweites Verschlusselement, einen zweiten Pfropfen 4" verschlossen.
Neben herkömmlichen Werkstoffen kann die Giesskammer 1 auch aus einem voll durchnitrierten und pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoff bestehen. Bezugszeichen
Giesskammer Giesskolben Stutzen Pfropfen Pfropfen Dosierrohr Öffnung Austrittsöffnung Eintrittsöffnung Heizung Torpedo Dosierventil Schmelzekanal

Claims

Patentansprüche
1. Druckgiessverfahren, insbesondere zur Herstellung von Gussteilen aus metallischen Werkstoffen, insbesondere Aluminium-, Magnesium- oder Zinkwerkstoffen, wobei eine Metallschmelze, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff in eine Giesskammer (1 ) einer Druckgiessmaschine dosiert wird und nachfolgend die Schmelzeportion mittels eines Giesskolbens (2) in eine Formkavität gepresst wird und wobei eine Öffnung (7) zu einem Angusskanal der Formkavität nach jedem Schuss wieder dicht verschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Giesskolben (2) und Öffnung (7) ein Schmelzerest verbleibt, der während oder nach einem Schuss zumindest teilweise erstarrt und die Öffnung (7) im Sinne eines Pfropfens (4) verschliesst.
3. Druckgiessverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Giesskolben (2) zur Pfropfenbildung nahe an die Öffnung (7) heranfährt.
4. Druckgiessverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfropfen (4) nach erneuter Befüllung der Giesskammer (2) zumindest teilweise aufgeschmolzen wird.
5. Druckgiessverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (7) zusätzlich durch mindestens ein Verschlusselement verschlossen wird.
6. Druckgiessmaschine zur Ausführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss einer Öffnung (7) von einer Giesskammer (1 ) zu einem Angusskanal der Formkavität (9) durch einen Schmelzerest oder ein mechanisch bewegtes Verschlusselement gebildet ist.
7. Druckgiessmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Formfüllung und Nachfüllung resp. Nachverdichtung mittels unabhängig wirkender Sub- vorrichtungen ausgeführt sind und mechanisch bewegte Druck- und Verschlusselemente, insbesondere Kolben und Ventile vorgesehen sind.
8. Druckgiessmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mehrfachpfropfen bzw. mehrere Angusskanäle vorhanden sind.
9. Druckgiessmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Giess- kammer (1 ) aus einem durchnitrierten, pulvermetallurgisch hergestelltem Material/Werkstoff besteht.
10. Druckgiessmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung der Schmelze zumindest teilweise mittels eines Doms oder Torpedos von innen erfolgt.
11. Druckgiessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung der Schmelze von einem Ofen nach dem Füllen der Giess- kammer (1 ) und vor dem Füllen der Formkavität durch ein zweites Verschlusselement verschlossen wird.
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