WO2006089442A1 - Giesskammer - Google Patents

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casting
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    • 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
    • B22D17/14—Machines with evacuated die cavity

Definitions

  • the invention relates to a casting chamber for pressure casting of metallic materials in a die casting machine.
  • a die casting machine has at least one movable and a stationary mold part, which are divided along a parting plane, and a mold cavity enclosed by these mold parts.
  • This mold cavity to be cast metal is injected via a runner of the mold by means of a casting piston.
  • the casting piston is displaceable in a casting chamber, into which the metal to be cast is insertable, by means of a drive along the longitudinal axis of the casting chamber.
  • Such die casting machine is z.
  • the production cost of such a highly loaded casting chamber is correspondingly high.
  • the filling opening opposite surface of the casting chamber is affected and at a dosage from below, especially the transition region of the filling itself. A consequence are surface erosion, clamping the casting piston and changing the casting chamber.
  • EP-A-477119 It is also known in sand molds to provide a sprue with a heavy-duty, replaceable insert (EP-A-477119). The same describes EP-A-703027.
  • the invention has the object of providing a generic casting chamber in such a way that in comparison to the prior art, a better thermal insulation of the casting chamber is achieved.
  • the invention is based on the recognition that a heat-optimized casting chamber can be achieved by passive measures.
  • the casting chamber consists of an inner tube, on the outer surface of which an insulating layer is applied.
  • the coated inner tube is covered by a steel jacket.
  • the inner tube preferably with a wall thickness of only a few millimeters of a wear and heat-resistant steel and the outer steel shell of a cheaper tempered steel.
  • the inner tube is preferably coated with a thin ceramic layer, for example made of ZrO 2, and is preferably shrunk into the steel jacket.
  • the layer is applied by thermal spraying, eg plasma spraying.
  • a ceramic wear protection arrangement is provided in the inner tube below the filling opening for the molten metal to be cast, which is intended to prevent "washing out” of the inner wall of the inner tube
  • the wear protection arrangement can be designed as a plate or disk, for example, and closes flush with the surface of the inner tube.
  • the casting piston To the thermal benefits of a heated casting chamber, d. H. To use less pre-solidification in the casting chamber and the resulting higher component quality and lower rejects share, the casting piston must be moved at a higher temperature in the casting chamber. The temperature is adjusted so that, although a sufficiently thick ring of the melt solidifies (seal) but on the other hand, the lowest possible pre-solidification is ensured in the casting chamber. This requires the most accurate possible adjustment of the temperature of the casting piston at high cooling capacity, respectively. an intensive surface contact of the cooling medium with the casting piston.
  • the casting piston is cooled from the inside, preferably a water mist, wherein the evaporation enthalpy of the drops is used for the cooling.
  • Preference is given to a temperature below 400 0 C, so that the casting flask is maintained at a temperature below 400 0 C.
  • the temperature of the casting piston in a range of about 15O 0 C moves below 400 ° C.
  • the invention will be described below in an embodiment with reference to a drawing.
  • the drawing shows a casting chamber in section (schematized).
  • a stationary mold carrier is provided with a mold half attached thereto in a conventional manner.
  • a casting chamber 1 is arranged, in a known manner by means of a casting piston a not shown but familiar to those skilled drive and control device along the longitudinal axis of the casting chamber 1 is displaceable.
  • the metal to be cast passes via a filling opening 2 into the casting chamber 1.
  • the casting chamber 1 consists of three layers.
  • the inner layer forms an inner tube 3 with a wall thickness of a few millimeters, z. B. 5 mm, made of a high-strength steel, on the outer surface of which a thin, thermal insulation layer 4 of z. B. ZrO2 is applied.
  • the insulation layer 4 is applied by plasma spraying.
  • a ceramic wear protection ring 6 is embedded in the inner tube 3 on its opposite side.
  • the coated inner tube 3 is shrunk into a cylindrical, outer steel shell 5 made of a tempering steel.
  • the temperature of the casting chamber 1 is set to a value between 400 0 C and 700 0 C depending on the material to be cast.
  • Superheated water mist in which the temperature of the casting piston is also dependent on the material adjusted to a value between 150 ° C and 400 0 C is fed with pressure into the interior of the casting piston through a carburetor.
  • the casting piston is made of steel in combination with copper and / or titanium alloys.

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Abstract

Eine Giesskammer (1) einer Druckgiessmaschine enthält eine Einfüllöffnung (2) und einen Giesskolben, der entlang der Längsachse der Giesskammer (1) verschiebbar an-geordnet ist. Die Giesskammer (1) besteht aus einem, mit einer thermischen Isolationsschicht be-schichteten Innenrohr (3), welches in einen Stahlmantel (5) eingeschrumpft ist.

Description

Giesskammer
Die Erfindung betrifft eine Giesskammer zum Druckgiessen metallischer Werkstoffe in einer Druckgiessmaschine.
Eine Druckgiessmaschine weist wenigstens einen beweglichen und einen stationären Formteil auf, die entlang einer Trennebene geteilt sind, und einen, von diesen Formteilen umschlossenen Formhohlraum. In diesen Formhohlraum wird ein zu vergiessendes Metall über einen Angusskanal der Form mittels eines Giesskolbens eingeschossen. Der Giesskolben ist in einer Giesskammer, in die das zu vergiessende Metall einführbar ist, mit Hilfe eines Antriebes entlang der Längsachse der Giesskammer verschiebbar. Eine solche Druckgiessmaschine ist z. B. der CH-A-689156 entnehmbar.
Die Einführung des zu vergiessenden Metalls in die Giesskammer erfolgt über muldenförmige Öffnungen der Giesskammer, schräg bis senkrecht zur Längsachse der Giesskammer. Der Herstellungsaufwand einer solchen hochbelasteten Giesskammer ist entsprechend hoch. Die hohe Beanspruchung des Teiles der Giesskammer, der die Einfüllöffnung des vergiessenden Metalls enthält, ergibt sich vor allem aus spezifischen Auswaschungen in Abhängigkeit von der Art der Dosierung. Bei einer Dosierung von oben ist die der Einfüllöffnung gegenüberliegende Fläche der Giesskammer betroffen und bei einer Dosierung von unten vor allem der Übergangsbereich der Einfüllöffnung selbst. Eine Folge sind Abtragungen der Oberfläche, Klemmen des Giesskolbens und Wechsel der Giesskammer.
Neben einteiligen Giesskammem wurden auch zweiteilig ausgeführte Giesskammem vorgeschlagen, um Werkstoffeinsatz und Hersteilungsaufwand zu optimieren, insbesondere im Hinblick auf den höherbelasteten Teil der Giesskammer, der die Einfüllöffnung enthält. Dies ermöglicht eine Auswechslung des früher verschleissenden Teiles der Giesskammer. Der Nachteil einer solchen zweiteiligen Ausführung ist in erhöhtem Montageaufwand und einer grosseren Teilezahl zu sehen. Dem Stand der Technik sind Giessbehälter für Druckgiessmaschinen (DE-C-4439871 ) entnehmbar, die einen Kanal mit einem Überleitungsstück aufweisen, wobei das Überleitungsstück als Büchse ausgebildet ist und auswechselbar in einer Aufnahme des Giessbehälters gehalten ist.
Ebenso ist es bei Sand-Giessformen bekannt, einen Eingusskanal mit einem hochbelastbaren, auswechselbaren Einsatzteil zu versehen (EP-A-477119). Ähnliches beschreibt die EP-A-703027.
Es ist weiterhin bekannt, Giesskammem oder Förderstränge mit dicken, thermischen Isolationsschichten zu versehen, sowohl in Sandwichausführung als auch als äussere Umhüllung, wobei die Isolation möglichst durchgängig angebracht ist. Einfüllöffnungen bilden dabei aufwändige Unterbrüche.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemässe Giesskammer so auszubilden, dass im Vergleich zum Stand der Technik eine bessere thermische Isolation der Giesskammer erreicht wird.
Die Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine wärmeoptimierte Giesskammer durch passive Massnahmen erreichbar ist. Die Giesskammer besteht aus einem Innenrohr, auf dessen äussere Mantelfläche eine Isolationsschicht aufgetragen ist. Das beschichtete Innenrohr ist von einem Stahlmantel umhüllt.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen sind mit den Merkmalen der nachgeordneten Ansprüche gelöst.
So besteht nur das Innenrohr, bevorzugt mit einer Wandstärke von nur wenigen Millimetern aus einem verschleiss- und hitzebeständigen Stahl und der äussere Stahlmantel aus einem günstigeren Vergütungsstahl. Das Innenrohr ist bevorzugt mit einer dünnen Keramikschicht, zum Beispiel aus ZrO2 beschichtet und ist bevorzugt in den Stahlmantel eingeschrumpft. Der Schichtauftrag erfolgt durch thermisches Spritzen, z.B. Plasmasprühen.
Unter der Einfüllöffnung für die zu vergiessende Metallschmelze ist im Innenrohr eine keramische Verschleissschutzanordnung vorgesehen, die ein „Auswaschen" der Innenwand des Innenrohres verhindern soll. Die Verschleissschutzanordnung kann zum Beispiel als Platte oder Scheibe ausgebildet sein und schliesst bündig mit der Oberfläche des Innenrohres ab.
Um die thermischen Vorteile einer beheizten Giesskammer, d. h. weniger Vorerstarrung in der Giesskammer und daraus resultierend höhere Bauteilqualität und geringerer Ausschussanteil, nutzen zu können, muss der Giesskolben mit höherer Temperatur in der Giesskammer verfahren werden. Die Temperatur ist so einzustellen, dass zwar ein ausreichend dicker Ring aus der Schmelze erstarrt (Dichtung) aber andererseits eine möglichst geringe Vorerstarrung in der Giesskammer gewährleistet ist. Dies erfordert eine möglichst genaue Einstellung der Temperatur des Giesskolbens bei hoher Kühlleistung resp. einen intensiven Oberflächenkontakt des Kühlmediums mit dem Giesskolben.
Erfindungsgemäss wird der Giesskolben von innen gekühlt, bevorzugt ist ein Wassernebel, wobei die Verdampfungsenthalpie der Tropfen für die Kühlung verwendet wird. Bevorzugt wird eine Temperatur unterhalb 4000C, so dass der Giesskolben auf einer Temperatur unterhalb 4000C gehalten wird. Bevorzugt bewegt sich die Temperatur des Giesskolbens in einem Bereich von ca. 15O0C bis unterhalb 400°C.
Alternativ ist es auch denkbar anstelle der Isolationsschicht eine Heizung vorzusehen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine Giesskammer im Schnitt (schematisiert).
An einer nicht dargestellten Druckgiessmaschine ist ein stationärer Formträger mit einer daran befestigten Formhälfte in an sich bekannter Weise vorgesehen. An diesen Teilen ist eine Giesskammer 1 angeordnet, in der in bekannter Weise ein Giesskolben mittels einer nicht dargestellten aber dem Fachmann geläufigen Antriebs- und Steuereinrichtung entlang der Längsachse der Giesskammer 1 verschiebbar ist. Das zu vergiessen- de Metall gelangt über eine Einfüllöffnung 2 in die Giesskammer 1.
Die Giesskammer 1 besteht aus drei Schichten. Die innere Schicht bildet ein Innenrohr 3 mit einer Wandstärke von wenigen Millimetern, z. B. 5 mm, aus einem hochfesten Stahl, auf dessen äussere Mantelfläche eine dünne, thermische Isolationsschicht 4 aus z. B. ZrO2 aufgebracht ist. Die Isolationsschicht 4 ist mittels Plasmasprühen aufgebracht. Im Bereich der Einfüllö.ffnung 2 ist an deren gegenüberliegender Seite ein keramischer Verschleissschutzring 6 in das Innenrohr 3 eingelassen.
Das beschichtete Innenrohr 3 ist in einen zylindrischen, äusseren Stahlmantel 5 aus einem Vergütungsstahl eingeschrumpft.
Die Temperatur der Giesskammer 1 wird in Abhängigkeit vom zu vergiessenden Werkstoff auf einen Wert zwischen 4000C und 7000C eingestellt.
Über einen Vergaser wird überhitzter Wassernebel mit Druck in das Innere des Giess- kolbens geleitet, wobei die Temperatur des Giesskolbens ebenfalls werkstoffabhängig auf einen Wert zwischen 150°C und 4000C eingestellt wird. Der Giesskolben besteht aus Stahl in Kombination mit Kupfer- und/oder Titanlegierungen.
Bezugszeichen
Giesskammer Einfüllöffnung Innenrohr Isolationsschicht Stahlmantel Verschleissschutzring

Claims

Patentansprüche
1. Giesskammer, insbesondere eine Giesskammer (1) einer Druckgiessmasch mit einer Einfüllöffnung (2) für das zu vergiessende Metall sowie einem Giesskol- ben, der mittels einer Antriebs- und Steuereinrichtung entlang der Längsachse der Giesskammer (1). verschiebbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Giesskammer ein Innenrohr (3) aufweist, auf dessen äussere Mantelfläche eine thermische Isolationsschicht (4) aufgetragen ist, wobei das Innenrohr (3) von einem Stahlmantel (5) umhüllt ist.
2. Giesskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (3) und der Stahlmantel (5) aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen bestehen.
3. Giesskammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (4) ein keramischer Werkstoff ist, bevorzugt ZrO2.
4. Giesskammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenrohr (3), der Einfüllöffnung (2) gegenüberliegend ein Verschleissschutzelement eingelassen ist.
5. Verfahren zur Herstellung einer Giesskammer nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
> Beschichtung der äusseren Mantelfläche eines Innenrohres (3) mit einer thermischen Isolationsschicht (4) und
> nachfolgendes Einschrumpfen des beschichteten Innenrohres (3) in einen Stahlmantel (5). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem beschichten des Innenrohres (3) ein Verschleissschutzelement in die, einer Einfüllöffnung (2) gegenüberliegenden Seite des Innenrohres (3) angeordnet wird.
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