DE68921791T2

DE68921791T2 - Druckgiessverfahren.

Info

Publication number: DE68921791T2
Application number: DE68921791T
Authority: DE
Inventors: Shunzo Aoyama
Original assignee: Ahresty Corp
Current assignee: Ahresty Corp
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1995-09-07
Anticipated expiration: 2009-05-27
Also published as: DE68921791D1; US5033532A; JPH01299752A; JPH0688119B2; KR900017691A; KR930004142B1; EP0344010A1; EP0344010B1

Description

Obwohl es verschiedene Arten von Gießverfahren gibt, wie beispielsweise Hohlraum-Gießverfahren, Formgießverfahren, Niederdruck-Gießverfahren und dergleichen, weist jedes dieser Gießverfahren Vor- und Nachteile auf. Im Falle eines Schwerkraft-Gießverfahrens oder eines Niederdruck-Gießverfahrens wird geschmolzenes Metall bei niedrigem Druck und geringer Gießgeschwindigkeit in einen Hohlraum eingefüllt, wodurch sich im Ergebnis ein Feinguß mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Druckbeständigkeits-Eigenschaften erzielen läßt. Andererseits weist diese Gießart gewisse Beschränkungen in der Form des Produktes und der Produktstärke auf, wobei hinzukommt, daß die Produktivität dieses Verfahrens gering ist. Im Falle des Formgießverfahrens bei dem das geschmolzene Metall in den Hohlraum mit hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck eingefüllt wird, ist es wiederum möglich, Gußkörper von hoher Formgenauigkeit bei hoher Produktivität zu erzielen. Anderseits kann es bei diesem Gießverfahren zur Gasbildung in der Einspritzdüse oder innerhalb eines im Gußkörper auszubildenden Hohlraums kommen, was in dem Gußkörper leicht zur Bildung von Lunkern führt und den Nachteil hat, daß es schwierig its, Gußkörper mit gleichförmiger Qualität und mit hoher Zuverlässigkeit zu gießen.
In dem US-Patent 372 308 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Formgießen beschrieben, bei welchem ein Produkt dadurch gegossen wird, daß eine Menge an geschmolzenem Material in einen Teil einer offenen Form eingefüllt wird und die Charge durch schnelles, nicht-turbulentes Füllen des Formhohlraums vergossen wird, indem die Formteile zusammengebracht werden. Dies stellt ein Hochgeschwindigkeits-Hochdruckverfahren dar, welches den Nachteil hat, daß der Formhohlraum anfänglich Luft enthält, welche entfernt werden muß, wenn die Formteile zusammengebracht werden, wobei etwas Luft in dem gegossenen Material zurückbleiben und darin Lunker erzeugen kann. Durch Anbringen einer thermisch beständigen Oxidbeschichtung auf den Innenflächen des Formhohlraumes zur Beeinflussung der Erstarrung lassen sich, wie in dieser US- Patentschrift beschrieben ist, derartige Defekte verringern. Es bleibt jedoch schwierig, gleichbleibend gute Gußerzeugnisse zu erzielen.

Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues Gießverfahren zu schaffen, mit dem sich Gußkörper hoher Qualität mit weniger Defekten, wie beispielsweise Lunkern bei hoher Produktivität gießen lassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Formgießverfahren vorgesehen, welches folgende Verfahrensschritte aufweist:
- Beschaffen eines pulverförmigen Isolationsmittels;
- Aufbringen des pulverförmigen Isolationsmittels auf den Innenflächen eines Formhohlraumes einer Formgießmaschine zur Bildung einer quetschbaren, porösen Schicht auf den genannten Oberflächen;
- Gießen eines geschmolzenen Metalls mit geringer Geschwindigkeit in den mit der porösen Schicht versehenen Hohlraum, um diesen zu füllen, und
- mechanisches Verpressen des geschmolzenen Metalls nach Abschluß der Füllung des Formhohlraumes, wobei die poröse Schicht gequetscht und in ihrer Dicke verringert wird, derart, daß das geschmolzene Metall in die gequetschte, poröse Schicht einsinkt und durch diese hindurchtritt, um die Innenflächen des Formhohlraums zu erreichen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, welche den Zustand wiedergibt, in welchem das pulverförmige thermische Isolationsmittel auf einer Oberfläche des Formhohlraums aufgebracht wird;
Fig. 2 eine Fotografie, welche die Erstarrungsstruktur eines nach dem erfindungsgemäßen Gießverfahren gegossenen Gußkörpers veranschaulicht;
Fig. 3 eine Fotografie, welche die Erstarrungsstruktur veranschaulicht, die sich ergibt, wenn das in den Formhohlraum eingefüllte, geschmolzene Metall keinem hohen Druck ausgesetzt wird, und
Fig. 4 eine Fotografie, welche die Erstarrungsstruktur eines nach einem herkömmlichen Hochdruck-Formgießverfahren gegossenen Gußkörpers veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen

Bei dem Formgießverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird ein pulverförmiges, thermisches Isolationsmittel auf den Hohlraumoberflächen einer ortsfesten Gußform und einer beweglichen Gußform (welche im folgenden nur noch als "Gußform" bezeichnet werden) aufgebracht, welche in eine Formgießmaschine eingesetzt sind. Anschließend wird der Formhohlraum durch Einspritzen von geschmolzenem Metall in die vorgenannten Hohlräume mit geringer Geschwindigkeit gefüllt, worauf das in die vorgenannten Hohlräume eingefüllte, geschmolzene Metall einem hohen Druck ausgesetzt wird.
Somit wird eine thermische Isolationsschicht aus einem pulverförmigen, thermischen Isolationsmittel und Luft auf den Holraumoberflächen der Gußformen ausgebildet, indem das pulverförmige, thermische Isolationsmittel auf den Hohlraumoberflächen der Gußformen aufgetragen wird (Beschichtungsschritt), worauf der Formhohlraum mit geschmolzenem Metall bei geringer Geschwindikeit gefüllt wird (Injektionsschritt). Das in den Formhohlraum eingespritzte, geschmolzen Material gelangt auf diese Weise zunächst nicht in direkten Kontakt mit den Hohlraumoberflächen, so daß die Erstarrung des in den Formhohlraum eingefüllten, geschmolzenen Metalls durch die von der vorgenannten thermischen Isolationschicht ausgehende Wärmeisolationswirkung eingeschränkt ist. Nach vollständiger Füllung von geschmolzenem Metall in den Formhohlraum wird das geschmolzene Metall mit einem hohen Druck beaufschlagt (Verpressungschritt), um zu erreichen, daß die forerwähnte thermische Isolationsschicht dünn gequetscht und in ihrer Dicke reduziert wird. Geichzeitig sickert das geschmolzene Metall durch die vorstehend erwähnte thermische Isolationsschicht hindurch und gelangt mit den Hohlraumoberflächen in Berührung, wodurch das geschmolzene Metall rasch erstarrt und sich ausformt.
Für das pulverförmige, thermische Isolationsmittel, welches auf die Hohlraumoberflächen der Gußformen aufgebracht werden soll, läßt sich ein Pulver verwenden, welches mit dem geschmolzenem Metall nicht reagiert. Beispielsweise können Pulver mit elektrischer Ladungseigenschat wie Bor, Talk oder dergleichen, ferner Pulver wie Metalloxide, Metallsulfide, Metallnitride usw., oder mit Harzpulver oder dergleichen vermischte Pulver verwendet werden. Insbesondere ist es günstig, ein Pulver zu verwenden, welches in der Pulverform eine selbstschmierende Eigenschaft besitzt, um das Entfernen des Gußerzeugnisses von den Formhohlräumen zu verbessern. Als praktisch anwendbares pulverförmiges, thermisches Isolationsmittel kommt Stearat in Betracht, welches durch Reaktion von Stearinsäure mit einem der folgenden Stoffe hergestellt wurde: Natrium, Magnesium, Zink, Kalzium oder dergleichen; Harzpulver wie beispielsweise Fluorinharz, Phtalozyanin, Polyäthylen und Polypropylen oder dergleichen; Indium, Blei, Schwarzblei, Molybdän-Dusulfid oder Metalloxide wie Beispielsweise Na&sub2;O, BeO, MgO, Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, CaO, TiO&sub2;, Cr&sub2;O&sub3;, MnO&sub2;, Fe&sub2;O&sub3;, FeO, MnO, PbO oder dergleichen; Talk, Spinell, Mullit usw, oder Mischungen dieser Oxide; Einzelsubstanzen oder eine Vielzahl von Mischungen wie WC, TiN, TiC, B&sub4;C, TiB, ZrC, SiC, Si&sub3;N&sub4;, BN usw.
Als praktischer Parikeldurchmesser des pulverförmigen, thermischen Isolationsmittels ist ein Wert von 0,2 mm oder darunter günstig, da Partikel mit einem größeren Durchmesser dazu führen können, daß sich das auf die Hohlraumoberfläche augetragene Pulver leicht abschält.
Zum Beschichten des pulverförmigen, thermischen Isolationsmittels auf den Hohlraumoberflächen der Gußformen gibt es mehrere Verfahren wie beispielsweise ein Sprühverfahren, bei welchem Gas, z.B. Luft, als Träger benutzt wird, ferner ein elektrostatisches Beschichtungsverfahren unter Verwendung statischer Elektrizität oder ein Verfahren, bei welchem pulverförmiges, thermisches Isolationsmittel, das beispielsweise in einer Harztasche gefunden wird, in eine Stofftasche umgefüllt wird, worauf die Tasche gerieben und geschlagen wird, um die Oberflächen mit dem Mittel zu beschichten, Von diesen Verfahren besteht das günstigste Verfahren darin, einen elektrostatischen Beschichtungsprozeß vorzusehen, bei welchem pulverförmiges, thermisches Isolationsmittel leicht in gleichförmiger Weise ohne Dickenabweichung sowie ohne Rücksicht auf die Temperatur der Gußform aufgetragen werden kann. Obwohl die Dicke des pulverförmigen, thermischen Isolationsmittels, welches auf die Hohlraumoberflächen der Gußformen aufgetragen werden soll, d.h., die Dicke der von dem pulverförmigen, thermischen Isolationsmittel und Luft gebildeten thermischen Isolationsschicht, keinen besonderen Beschränkungen hinsichtlich des Parikeldurchmessers des pulverförmigen, thermischen Isolationsmittels unterliegt, ist es günstig, die Dicke so klein wie möglich zu wählen, damit das zugeführte, geschmolzene Metall, welches den Hohlraum der Gußform füllt, für eine Zeitspanne (längstens einige Sekunden) belassen werden kann, bevor der Verpressungsschritt durchgeführt wird.
In Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung dargestellt, welche das pulverförmige, thermische Isolationsmittel zeigt, welches auf den Hohlraumoberflächen der Gußformen aufgetragen ist. In dieser Figur sind mit dem Bezugszeichen 1 ein Formhohlraum, mit dem Bezugszeichen 2 ein pulverförmiges, thermisches Isolationsmittel, mit dem Bezugszeichen 3 Luft und mit dem Bezugszeichen 4 eine durch das pulverförmige, thermische Isolationsmittel 2 und die Luft 3 gebildete thermische Isolationsschicht bezeichnet.
Auf diese Weise wird das pulverförmige, thermische Isolationsmittel auf den Hohlraumoberflächen der Gußformen bei jedem Gießzyklus aufgetragen, um auf diese Weise eine thermische Isolationsschicht aus dem pulverförmigen, thermischen Isolationsmittel und Luft an den Hohlraumoberflächen zu bilden, worauf das geschmolzene Metall aus einer Einspritzdüse mit geringer Geschwindigkeit in den Hohlraum injiziert wird. Das pulverförmige, thermische Isolationsmittel überzieht mit fortschreitender Injektion die Innenfläche der Einspritzdüse, wodurch das in die Einspritzdüse eingeführte, geschmolzene Metall für eine Zeitspanne an der Erstarrung gehindert wird, bis das geschmolzene Metall in den Hohlraum der Gießform (längstens einige Sekunden) injiziert ist und ohne zu Erstarren in dem Hohlraum belassen werden kann. Dies führt dazu, daß selbst dann, wenn eine wesentlich kleinere Injektionsgeschwindigkeit als bei herkömmlichen Verfahren (beispielsweise 0,05 m/s bis 1 m/s) vorgesehen ist, eine bessere Bewegung des geschmolzenen Metalls gewährleistet ist, wodurch sich ein Gußerzeugnis mit hoher Qualität auf stabile Weise erzielen läßt. Das geschmolzene Metall wird schrittweise bei geringer Geschwindigkeit von weniger als etwa 1 m/s im wesentlichen auf dieselbe Weise wie bei dem herkömmlichen Schwerkraft-Gießverfahren oder bei einem Niederdruck-Gießverfahren durch die Einspritzdüse injiziert und in den Formhohlraum gefüllt. Falls die Füllgeschwindigkeit zu groß gewählt wird, wird das im Formhohlraum befindliche Gas leicht in das geschmolzene Metall gezogen und gleichzeitig kann sich die an den Hohlraumoberflächen ausgebildete thermische Isolationsschicht (pulverförmiges, thermisches Isolationsmittel) unter der Kraft des fließenden Schmelzmetalls abschälen.
Nach erfolgter Füllung des geschmolzenen Metalls in den Hohlraum innerhalb der Gußformen wird die Eingußmündung geschlossen und durch Einschieben eines Stiftes oder dergleichen in das geschmolzene Metall ein hoher Druck ausgeübt. Die an den Hohlraumoberflächen der Gußformen ausgebildete thermische Isolationsschicht wird durch die Druckbeaufschlagung des geschmolzenen Metalls gequetscht und in ihrer Dicke verringert und gleichzeitig sickert das geschmolzene Metall durch die thermische Isolationsschicht hindurch und gelangt in Berührung mit den Hohlraumoberfläc hen, wodurch das in den Hohlraum eingefüllte geschmolzene Metall rasch erstarrt und sich abformt. Im Falle der Beaufschlagung des geschmolzenen Metalls innerhalb des Hohlraums mit hohem Druck ist es durch Einsetzen eines Stiftes am Mündungsabschnitt zum Anlegen eines hohen Drucks an das geschmolzenen Metall möglich, das Abschneiden des Eingußtrichters nach dem Gießen zu erleichtern.
Wie vorstehend erläutert wurde, wird das Gießverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung so durchgeführt, daß die Hohlraumoberflächen der Gußformen mit pulverförmigem, thermischem Isolationsmittel beschichtet werden, worauf das geschmolzene Metall mit geringer Geschwindigkeit in den Formhohlraum injiziert wird, um diesen zu füllen, um dann nach abschluß der Füllung des Formhohlraums mit geschmolzenem Metal einen hohen Druck an das geschmolzene Metall anzulegen. Hierdurch lassen sich die folgenden Wirkungen erzielen:
1. Wenn geschmolzenes Metall in den Hohlraum der Gußformen eingefüllt wird, berührt das geschmolzene Metall nicht unmittelbar die Hohl-raumoberflächen, wobei aber auch eine thermische, temperaturerhaltende Isolationswirkung, welche von der durch das pulverförmige thermische Isolationsmittel und Luft gebildeten thermischen Isolationsschicht ausgeht, einem solchen Direktkontakt ebenfalls entgegenwirkt; auf diese Weise kann eine schnelle Verfestigung des in den Hohlraum eingefüllten Metalls verhindert werden. Demgemäß verbessert sich die Zirkulation des geschmolzenen Metalls und es ergibt sich kein Anfressen von geschmolzenem Metall. Selbst ein Gußerzeugnis mit schwieriger Form oder ein dünnes Gußerzeugnis kann auf stabile Weise gegossen werden und selbst dann, wenn die Füllgeschwindigkeit wesentlich verringert wird, ist es noch möglich, ein Gußerzeugnis von hervorragender Gußoberfläche mit geringen Fehlstellen zu erzeugen.
2. Da es möglich ist, einen schnellen Temperaturschock an den Hohlraumoberflächen der Gußformen zu dämpfen, ist es ferner möglich, die Standzeit der Gußformen wesentlich zu verlängern.
3. Als pulverförmiges thermisches Isolationsmittel wird ein Pulver mit selbstschmierender Eigenschaft verwendet, wobei es möglich ist, auf einen Beschichtungsschritt für den Formhohlraum mit einem Formtrennmittel und auf einen Ausblasschritt mit Druckluft zu verzichten, so daß es ferner möglich ist, den Gießzyklus zu verkürzen und gleichzeitig auf einen herkömmlichen Typ eines auf einem flüssigen Träger basierenden Formtrennmittels zu verzichten. Auf diese Weise lassen sich eine schlechte Zirkulation aufgrund eines Formtrennmittels, ferner eine Gasaufnahme aufgrund eines in dem Trennmittel vorhandenen Trägers, und schließlich ein Wasserrückstand aufgrund mangelnder Reinigungsluft vermeiden, womit es möglich ist, die Qualität des Gußerzeugnisses zu verbessern.
4. Da geschmolzenes Metall in den Hohlraum der Gußformen mit geringer Geschwindigkeit eingefüllt wird, tritt kein Aufsaugen von Gas während des Füllvorganges auf, so daß es möglich ist, mit hoher Zuverlässigkeit einen stabilen Guß von Gußerzeugnissen mit weniger Lunkern und mit höher Qualität durchzuführen.
5. Bei Durchführung eines Füllvorgangs mit geringer Geschwindigkeit wird bei den herkömmlichen Verfahren der Bereich der richtigen Füllungszeit und Füllungsgeschwindigkeit extrem begrenzt aufgrund der Gefahr einer schlechten Zirkulation des geschmolzenen Metalls. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann dagegen der Bereich der richtigen Füllungszeit und Füllungsgeschwindigkeit breiter sein, da es möglich ist, eine schnelle Verfestigung des in den Hhhlraum eingefüllten, geschmolzenen Metalls zu verhindern.
6. Wenn das geschmolzene Metall nach Abschluß seiner Einfüllung in den Formhohlraum mit hohem Druck beaufschlagt wird, wird die von dem pulverförmigen thermischen Isolationsmittel und Luft an den Hohlraumoberflächen gebildete thermische Isolationsschicht durch den Druck des geschmolzenen Metalls gequetscht und in der Dicke verringert; gleichzeitig sickert das geschmolzene Metall durch die thermische Isolationsschicht hindurch und gelangt in Berührung mit den Hohlraumoberflächen. Das geschmolzene Metall wird rasch verfestigt, wodurch die gesamte Gießzyklusdauer auf denselben Wert wie bei dem Hochdruck-Formgießverfahren gelegt werden kann. Wie aus den in den Zeichnungen dargestellten Fotografien der Struktur ersichtlich ist, läßt sich ein Feingußerzeugnis mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, hervorragenden Druckbeständigkeits-Eigenschaften, hoher Zuverlässigkeit und geringen Fehlstellen gießen, wobei diese Eigenschaften Vorteile des herkömmlichen Schwerkraft- Gießverfahren und Niederdruck-Gießverfahrens sind. Die Gußerzeugnisse können eine komplizierte Form haben, was ein Vorteil des Hochdruck- Formgießverfahrens ist, und können ferner mit einer hervorragenden Gußoberfläche, einer hohen Produktivität und Formgenauigkeit hergestellt werden.

Claims

1. Formgießverfahren mit folgenden Verfahrensschritten:

- Beschaffen eines pulverförmigen Isolationsmittels;

- Aufbringen des pulverförmigen Isolationsmittels auf den Innenflächen eines Formhohlraumes einer Formgießmaschine zur Bildung einer quetschbaren, porösen Schicht auf den genannten Oberflächen;

- Gießen eines geschmolzenen Metals mit geringer Geschwindigkeit in den mit der porösen Schicht versehenen Holraum, um diesen zu füllen, und

- mechanisches Verpressen des geschmolzenen Metalls nach Abschluß der Füllung des Formhohlraumes, wobei die poröse Schicht gequetscht und in ihrer Dicke verringert wird, derart, daß das geschmolzene Metall in die gequetschte, poröse Schicht einsinkt und durch diese hindurchtritt, und die Innenflächen des Formhohlraumes zu erreichen.