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EP1819465A1 - Vakuumdruckgussverfahren - Google Patents

Vakuumdruckgussverfahren

Info

Publication number
EP1819465A1
EP1819465A1 EP05813648A EP05813648A EP1819465A1 EP 1819465 A1 EP1819465 A1 EP 1819465A1 EP 05813648 A EP05813648 A EP 05813648A EP 05813648 A EP05813648 A EP 05813648A EP 1819465 A1 EP1819465 A1 EP 1819465A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
vacuum
phase
casting chamber
piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP05813648A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1819465B1 (de
Inventor
Hedwig Lismont
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pfeiffer Vacuum GmbH
Original Assignee
Pfeiffer Vacuum GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pfeiffer Vacuum GmbH filed Critical Pfeiffer Vacuum GmbH
Publication of EP1819465A1 publication Critical patent/EP1819465A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1819465B1 publication Critical patent/EP1819465B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • B22D17/02—Hot chamber machines, i.e. with heated press chamber in which metal is melted
    • B22D17/04—Plunger machines

Definitions

  • Die casting under vacuum has been used for some time in the production of moldings of metals and metal alloys, especially for alloys of metals Al, Mg, Zn and Cu.
  • die casting under vacuum a higher material quality of the parts is achieved because less air and gases are trapped in the material.
  • moldings of e.g. Aluminum which should later be subjected to a heat treatment or welded, can hardly be dispensed with vacuum.
  • die casting under vacuum is not only possible with the use of liquid metal alloys, but can also be used in derived special processes. As examples can be mentioned here:
  • thixo or rheo-casting Process using partially liquid or doughy material as casting material (commonly referred to as thixo or rheo-casting), process wherein the casting compound consists of a material combination (composite) of liquid or semi-liquid metals and non-metallic inclusions (MMC) and method wherein a preform is infiltrated with liquid material.
  • MMC non-metallic inclusions
  • Inlet pipe is in communication. Through a generated in the mold and casting chamber and precisely controlled vacuum we sucked and metered metal in the casting chamber.
  • the vacuum system for such DruckgitRIS consists essentially of a vacuum pump brought to negative pressure buffer tank. Sometimes a vacuum pump is directly connected, sometimes a central vacuum system is used. Furthermore, such vacuum systems still include intermediate valves and filters and pressure gauges.
  • Document DE-OS 19645 104 describes a technique which allows lower vacuum values to be achieved in the mold cavity of the mold by successively connecting the mold cavity to two different vacuum buffer containers without the containers themselves ever being allowed to be connected to one another. This method also allows to increase process stability and monitor the process over the ultimate pressures of the containers.
  • the vacuum is created via a vent valve attached to the mold.
  • the mold can be brought to negative pressure only after the casting piston has exceeded the filling opening during the "first casting phase" and thus the connection to the outside atmosphere has been interrupted.
  • the process time remaining after exceeding is generally insufficient to equalize the pressure between the mold cavity and the buffer container.
  • the vacuum achieved is further worsened by the narrow cross-sections of the venting valve and the connecting channels that run from the mold cavity to the vent valve in the mold, as well as any constrictions in the mold cavity itself In particular, between casting piston and casting chamber, to worse and fluctuating vacuum values.
  • the leaks also vary greatly with the wear of the piston and the casting chamber and depend on the temperature ur.
  • Vacuum pressure casting are under vacuum and thereby leaks gain in importance.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved Druckg cardclar in which larger ventilation cross-sections are possible, so that a lower vacuum is achieved.
  • the requirements for the piston and the molds with respect to vacuum tightness should be reduced.
  • the dosing accuracy in the filling of the casting chamber with metal or metal alloy should be increased.
  • This object is achieved by a method for die casting of metals or metal alloys, which form the casting material (8), wherein the process takes place under the application of vacuum. It comprises the steps: a filling of the casting chamber (6) with the casting compound (8) b sealing of the casting chamber (6) against the atmosphere, wherein the steps a and b can be reversed, and is characterized in that after sealing and separating the G manttingraums (5) from the atmosphere a first vacuum phase is performed and after separation of the casting chamber space (5) from the first supply line to the vacuum system (12) a second or further vacuum phases are performed.
  • the further claims constitute further embodiments.
  • the object is also achieved hot chamber pressure casting method, wherein a vacuum system is provided with at least two vacuum supply lines, comprising the steps: 1) moving a casting piston, so that the Einglallöffhung (72) is closed; 2) generating negative pressure in casting container (74), intermediate piece (75), mouthpiece (76) and mold cavity via a first vacuum supply line (12), characterized in that 3) a first vacuum phase is carried out after the casting piston over the filling opening (72) Has; 4) after the connection to the first vacuum supply line (12) is interrupted; 5) then a second vacuum phase is performed.
  • the novel process of claim 1 or claim 18 includes at least two vacuum phases in the overall casting cycle in which negative pressure is generated.
  • the atmosphere is sucked through the casting chamber.
  • This allows to use connections that have much larger cross-sections.
  • significantly better conductivity values in the vacuum system and thus a better final pressure are achieved.
  • the better conductances allow a reduction in the time of the first phase. Since a better vacuum can be achieved more quickly via the large guide values, it is also possible, in comparison to the method according to EP-OS 0 051 310, to tolerate leaks in the shape and along the piston to a much greater extent.
  • the pouring chamber designed in accordance with the invention makes it possible to carry out the metal metering with high accuracy, independently of the vacuum.
  • vacuum is generated in a second phase via the mold and thus the final pressure reached is improved.
  • This phase takes place when the molten metal space from the supply line to the first phase vacuum system has been separated. This can be done by moving the casting plunger or by closing a valve in the supply line.
  • no use is made of a lockable hood.
  • the separation of the casting chamber from the outside atmosphere is done by the piston closes the filling opening.
  • the The casting chamber is connected to the supply line of the first vacuum phase via a further generously dimensioned opening.
  • the first vacuum phase is generated before the piston has covered this second opening.
  • the piston may have one or more sealing rings. This embodiment can be implemented without much effort on existing systems.
  • the sealing and separation of the casting chamber from the atmosphere may be accomplished by placing the two mold halves against each other, i. the mold is closed. As a result, the number of required components and openings in the casting chamber can be reduced.
  • This vacuum system may be an arrangement of vacuum pumps and / or buffer tanks. Vacuum is generated in the first vacuum phase via this first supply line.
  • a second supply line (15) with a valve (16) connects the venting valve (14) attached to the mold with the vacuum system (20). Vacuum is generated in the second phase via this second supply line.
  • Casting compound (8) is filled in the casting chamber (6).
  • the hood (7) is withdrawn and releases the Ein Schollöffhung (4).
  • the hood (7) is advanced and closes off the casting chamber space (5) in a vacuum-tight manner.
  • On the piston side is sealed with a grommet (2) on the piston rod (1).
  • vacuum is generated by the vacuum system via the connection (11), this corresponds to the first vacuum phase.
  • This connection can be carried out with a high conductance, since there are practically no spatial restrictions. As a result, mold cavity and casting chamber are evacuated effectively and quickly.
  • the piston (3) is advanced, so that at the end of the Ein colllöffhung (4) is closed.
  • the phases can also be explained on the basis of the position of the valves (13), (14) and (16).
  • the valves are closed. Once the hood (7) is advanced and thus the
  • valve (13) is opened, the first vacuum phase takes place.
  • valves (14) and (16) are opened (usually valve (14) is already open) and the second vacuum phase takes place.
  • valves (14) and (16) close. Most vent valves are closed by the metal itself.
  • Another embodiment relates to the filling of the casting chamber with metal. This does not necessarily have to be done before the first vacuum phase. It is conceivable to use a vacuum phase for metering the casting compound by sucking the metal into the casting chamber with the vacuum, for example via a riser.
  • the dosing of the casting mass does not have to take place in the first vacuum phase, but can take place in one of the subsequent vacuum phases.
  • reaction of the casting compound with the gases in the casting chamber can be reduced because they are reduced in a vacuum phase before filling.
  • protective gases or reaction gases are fed into the casting chamber and / or the mold cavity instead of a vacuum phase. This reaction of the casting with gases can be avoided, for example, the oxidation is strongly suppressed at the surface of the casting. It is also possible to introduce gases which specifically react with the casting compound and improve the properties of the material.
  • FIG. 4 shows that embodiment in which the casting chamber (5) and the outside atmosphere are separated by means of the casting piston (3).
  • Figure 4a shows the step in the process after the liquid metal (8) in the casting chamber (6) has been filled.
  • the casting piston (3) has passed over the filling opening (4), the casting chamber space (5) is sealed against the outside atmosphere and a first vacuum phase can be introduced via the direct connection (42) of the first supply line (15) to the casting chamber (6) , This step is shown in Figure 4b. If the valve (13) in the first supply line has been closed or the piston has run over the connection (42), the second vacuum phase can be switched on via the venting valve (14) and the second supply line (15). This state is represented by FIG. 4c.
  • the embodiment in FIG. 6 is a solution in which the casting chamber (6) is filled with metal (8) via a metering pot (61). At the same time, the separation between the outside atmosphere and the casting chamber space (5) is produced via the metering pot.
  • the metering pot is already filled with metal in a first step (FIG. 6a).
  • a first vacuum phase can already be introduced at a very early point in time (FIG. 6b). This happens in this example via the supply line (12) to the first vacuum phase.
  • the metering potential space (63) can be independently brought to a certain negative pressure.
  • the plug (62) By pulling the plug (62), the metal is metered into the pouring chamber (6) via the filling opening (4). Any existing (positive) pressure difference between dosing spot space (63) and casting chamber space (5) will further accelerate the dosing process.
  • another vacuum phase can be initiated immediately.
  • FIG. 6d shows a variant of the metering pot (61) with a closable lid (64).
  • the lid can be opened after the plug (62) has reliably closed the passage opening. It is advisable to wait with the opening of the lid until the piston (3) has run over the filling opening (4) in order not to endanger the tightness of the casting chamber space (5) via any leaks on the plug (62). Thereafter, the metering pot (61) can be filled again with casting compound (8) at any time.
  • Dosierpot (61) instead of a lockable lid (64), also via a lockable tube or a metering piston.
  • Dosierpots could also be used in a further embodiment, a shootable dosing or dosing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Vakuumdruckgussverfahren, insbesondere für Metalle und Metalllegierungen, die Al, Mg, Zn und Cu enthalten. Um die Güte der Bauteile zu verbessern wird vorgeschlagen, in mehreren Phasen des Druckgussprozesses Vakuum in Formhohlraum und Gießkammerraum zu erzeugen. Die Anwendung des neuen Verfahrens wird sowohl für Kaltkammer- als auch für Warmkammerdruckgießen vorgestellt.

Description

Vakuumdruckgussverfahren
Die Erfindung betrifft ein Vakuumdruckgussverfahren nach den Oberbegriffen des ersten und des achtzehnten Anspruches.
Druckgießen unter Vakuum wird bereits seit geraumer Zeit bei der Herstellung von Formteilen aus Metallen und Metalllegierungen angewandt, insbesondere bei Legierungen der Metalle Al, Mg, Zn und Cu. Durch das Druckgießen unter Vakuum wird eine höhere Materialgüte der Teile erreicht, weil weniger Luft und Gase im Material eingeschlossen werden. Für Formteile aus z.B. Aluminium, die später noch eine Wärmebehandlung unterzogen oder geschweißt werden sollten, kann kaum auf Vakuum verzichtet werden.
Darüber hinaus ist das Druckgießen unter Vakuum nicht nur beim Einsatz von flüssigen Metalllegierungen möglich, sondern kann auch bei abgeleiteten Sonderverfahren eingesetzt werden. Als Beispiele können hier genannt werden:
Verfahren wobei teilflüssiges oder teigiges Material als Gussmasse verwendet wird ( üblicherweise als Thixo- oder Rheo-casting bezeichnet), Verfahren wobei die Gussmasse aus einer Materialkombination (Komposit) von flüssigen oder teilflüssigen Metallen und nicht Metallische Einschlüsse besteht (MMC) und Verfahren wobei ein Vorkörper mit flüssigem Material infiltriert wird.
Aus der Schrift EP-OS 0 0451 310 ist das in der Industrie unter dem Namen „Vacural" (eingetragene Marke der Maschinenfabrik Müller-Weingarten AG) bezeichnete Verfahren bekannt. Dieses und ähnliche spätere Verfahren arbeiten mit einer fest abgeschlossenen Gießkammer, die mit einem Warmhalteofen über ein
Ansaugrohr in Verbindung steht. Durch ein in der Form und Gießkammer erzeugtes und genau kontrolliertes Vakuum wir Metall in der Gießkammer angesaugt und dosiert. Das Vakuumsystem für einen solchen Druckgießprozess besteht dabei im wesentlichen aus einem mittels Vakuumpumpe auf Unterdruck gebrachten Pufferbehälter. Manchmal ist eine Vakuumpumpe direkt angeschlossen, manchmal wird ein Zentralvakuumsystem angewendet. Weiterhin beinhalten solche Vakuumsysteme noch zwischengeschaltete Ventile und Filter sowie Druckmess gerate .
In der Schrift DE-OS 19645 104 wird eine Technik beschrieben, die es zulässt, tiefere Vakuumwerte im Formhohlraum der Gießform zu erreichen, indem man nacheinander den Formhohlraum mit zwei unterschiedlichen Vakuumpufferbehältern verbindet, ohne dass die Behälter selbst je miteinander verbunden werden dürfen. Diese Methode lässt weiterhin zu, die Prozessstabilität zu erhöhen und den Prozess über die Enddrücke der Behälter zu überwachen.
In der einfachsten Form des Vakuumdruckgießens wird das Vakuum über ein an der Form befestigtes Entlüftungsventil erzeugt. Erst nachdem der Gießkolben während der „ersten Gießphase" die Einfüllöffnung überschritten hat und so die Verbindung zur Außenatmosphäre unterbrochen wurde, kann die Form auf Unterdruck gebracht werden. Die nach dem Überschreiten verbleibende Prozesszeit ist im allgemeinen nicht ausreichend, um einen Druckausgleich zwischen Formhohlraum und Pufferbehälter herzustellen oder den Formhohlraum über Vakuumpumpen effizient zu evakuieren. Weiter verschlechtert wird das erreichte Vakuum durch die engen Querschnitte des Entlüftungsventils und der Verbindungskanäle, die in der Gießform vom Formhohlraum zum Entlüftungsventil hinlaufen. Auch Verengungen im Formhohlraum selbst können sich diesbezüglich negativ auswirken. Weiterhin fuhren Undichtigkeiten, insbesondere zwischen Gießkolben und Gießkammer, zu schlechteren und schwankenden Vakuumwerten. Die Undichtigkeiten variieren darüber hinaus stark mit der Abnutzung des Kolbens und der Gießkammer und hängen von der Temperatur ab. Bei dem Verfahren nach EP-OS O 051 310 wurden diese Nachteile teilweise dadurch behoben, dass bereits während der Metallfüllung das Vakuum appliziert wird und so mehr Zeit für das Erreichen eines tieferen Vakuums zur Verfügung steht. Allerdings wird auch die Dosiergenauigkeit stark durch die Vakuumwerte, die Temperatur und Viskosität der Schmelze und die Beschaffenheit der
Metalldurchströmungsöffhungen beeinflusst. Auch durch aufwändige Steuerungen können die entstehenden Schwierigkeiten bei der Dosierung nicht ganz überwunden werden.
Darüber hinaus erfordert dieses Verfahren aufwändigere und sorgfältiger abgedichtete Formen und Kolben, da diese länger als beim üblichen
Vakuumdruckgießen unter Vakuum stehen und Undichtigkeiten hierdurch an Bedeutung gewinnen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Druckgießverfahren zu schaffen, bei dem größere Entlüftungsquerschnitte möglich sind, so dass ein tieferes Vakuum erreicht wird. Die Anforderungen an den Kolben und die Formen in Bezug auf Vakuumdichtheit sollen verringert werden. Die Dosiergenauigkeit bei der Befüllung der Gießkammer mit Metall oder Metalllegierung soll erhöht werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Druckgießen von Metallen oder Metalllegierungen, welche die Gussmasse (8) bilden, wobei das Verfahren unter Beaufschlagung von Vakuum stattfindet. Es umfasst die Schritte: a Befüllen der Gießkammer (6) mit der Gussmasse (8) b Abdichten der Gießkammer (6) gegen die Atmosphäre, wobei die Schritte a und b vertauscht werden können, und ist dadurch gekennzeichnet, dass nach Abdichten und Trennen des Gießkammerraums (5) von der Atmosphäre eine erste Vakuumphase durchgeführt wird und nach Trennung des Gießkammerraums (5) von der ersten Zuleitung zum Vakuumsystem (12) eine zweite oder weitere Vakuumphasen durchgeführt werden. Die weiteren Ansprüche stellen weitere Ausgestaltungsformen dar. Die Aufgabe wird außerdem gelöst Warmkammerdruckgießverfahren, wobei ein Vakuumsystem mit mindestens zwei Vakuumzuleitungen vorhanden ist, welches die Schritte umfasst: 1) Verschieben eines Gießkolbens, so dass die Einfüllöffhung (72) verschlossen wird; 2) Erzeugen von Unterdruck in Gießbehälter(74), Zwischenstück(75), Mundstück(76) und Formhohlraum über eine erste Vakuumzuleitung (12) dadurch gekennzeichnet, dass 3) eine erste Vakuumphase durchgeführt wird, nachdem der Gießkolben die Einfüllöffnung (72) überfahren hat; 4) danach die Verbindung zur ersten Vakuumzuleitung (12) unterbrochen wird; 5) anschließend eine zweite Vakuumphase durchgeführt wird.
Das neue Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 18 weist mindestens zwei Vakuumphasen im Gesamtgießzyklus auf, in denen Unterdruck erzeugt wird. In der ersten Phase wird die Atmosphäre über die Gießkammer abgesaugt. Dies erlaubt Verbindungen einzusetzen, die viel größere Querschnitte aufweisen. Gegenüber der Absaugung über die Form bzw. den Formventilen werden so deutlich bessere Leitwerte im Vakuumsystem und damit ein besserer Enddruck erreicht. Zudem erlauben die besseren Leitwerte eine Verringerung der Zeit der ersten Phase. Da über die großen Leitwerte ein besseres Vakuum schneller erreicht werden kann, ist es in Vergleich zu dem Verfahren nach EP-OS 0 051 310 zudem möglich, Undichtigkeiten an der Form und entlang des Kolbens in viel höherem Maße zu tolerieren. Die erfmdungsgemäß abschließbar ausgeführte Gießkammer ermöglicht es, die Metalldosierung unabhängig vom Vakuum mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird in einer zweiten Phase über die Form Vakuum erzeugt und damit der erreichte Enddruck verbessert. Diese Phase findet statt, wenn der Raum mit der Metallschmelze von der Zuleitung zum Vakuumsystem der ersten Phase getrennt worden ist. Dies kann durch Verschieben des Gießkolbens oder durch Schließen eines Ventils in der Zuleitung geschehen.
Mit dem niedrigeren Enddruck in der Form wird die im Gefüge des hergestellten Bauteils eingeschlossene Gasmenge verringert. Die bisher notwendigen hohen Metalldrücke können daher reduziert werden, da das verbleibende Restgas weniger stark komprimiert werden muss, um eine gleiche Gefϊigegüte zu erreichen. Das Verfahren ermöglicht so eine Verbesserung der Bauteilgüte bei Druckguss von Metall oder Metalllegierungen.
Dieses Verfahren kann in weiteren Ausfuhrungsformen verbessert werden. So wird es durch den Einsatz eines Vakuumsystems mit je einem Pufferbehältern pro Vakuumphase möglich, in der zweiten Phase so tiefe Drücke in der Form zu erreichen, dass ein Schließen des Entlüftungsventils zulässig wird, bevor das Metall dieses Ventil erreicht hat. Eine weitere Ausfuhrungsform erzielt einen besseren Enddruck, indem der Raum hinter dem Gießkolben während der ersten und / oder weiteren Vakuumphase ebenfalls evakuiert bleibt. Dieses kann in einer Ausführungsform dadurch erreicht werden, dass der Raum hinter dem Kolben eine Einheit mit einer die Kammer abschließbaren Haube bildet oder hiermit in Verbindung steht. Eine mit einer Haube abschließbaren Gießkammer weist weiterhin den Vorteil auf, dass -nachdem die Haube geschlossen wurde, sofort mit der erste Phase der Vakuumerzeugung angefangen werden kann, während der Kolben die Einfüllöffhung noch nicht abgeschlossen hat. Hierdurch kann die Prozesszeit verkürzt werden, indem der Kolben während der ersten Gießphase eine höhere Geschwindigkeit aufweisen kann. Zudem verbleibt mehr Zeit für die Durchführung der zweiten Vakuumstufe.
In einer weiteren vereinfachten Ausführungsform wird kein Gebrauch gemacht von einer abschließbaren Haube. Die Trennung des Gießkammerraumes von der Außenatmosphäre geschieht, indem der Kolben die Einfüllöffnung abschließt. Die Gießkammer ist über eine weitere großzügig dimensionierte Öffnung mit der Zuleitung der ersten Vakuumphase verbunden. Die erste Vakuumphase wird erzeugt, bevor der Kolben diese zweite Öffnung abgedeckt hat. Der Kolben kann ein oder mehrere Dichtungsringe aufweisen. Diese Ausführungsform ist ohne viel Aufwand an bestehenden Anlagen umsetzbar.
Alternativ kann in einer Ausführungsform das Abdichten und Trennen der Gießkammer von der Atmosphäre erfolgen, indem die beiden Formhälften gegeneinander gesetzt werden, d.h. die Form geschlossen wird. Hierdurch kann die Zahl der benötigten Bauteile und Öffnungen an der Gießkammer reduziert werden.
Das Abdichten und Trennen des Gießkammerraums von der Atmosphäre kann in einer anderen Ausführungsform erfolgen, indem die Gießkammer mit der Form verbunden wird. Hiermit ist es möglich, Gießkammer und Form zunächst voneinander zu trennen und die Gießkammer in diesem Zustand der Anlage zu befüllen. Nach dem Befüllen wird dann die Form mit der Gießkammer verbunden. Dieses kann z.B. auf Seiten der Form durch einen weiteren beweglichen Stößel, Schieber oder Kolben am Ende der Kammer oder im Eingießkanal stattfinden. Alternativ kann z.B. die Gießkammer vertikal und schwenkbar ausgeführt sein, wie es bei manchen „Squeeze Casting"-Anlagen üblich ist.
Weiter kann das Abdichten und Trennen des Gießkammerraums von der Atmosphäre durch einen beweglichen Deckel, der die Einfüllöffnung abdeckt, geschehen. Diese Ausführungsform lässt ein schnelles Abschließen zu und ist besonders vorteilhaft, wenn Metall über eine Gießrinne durch die Einfüllöffnung in der Gießkammer dosiert wird. Die Gießrinne oder ein Verbindungsrohr zwischen Gießrinne und Gießkammer, werden dann ebenfalls beweglich ausgeführt. Die Kombination Dosierofen mit Gießrinne ist aktuell eines der am meisten in Gießereien vorkommenden Dosiersysteme. In einer Ausfuhrungsform, bei der ein Dosierpot auf der Einfüllöffnung aufgebaut ist, sind Gießkammerraum und Außenatmosphäre durch einen (beheizten) abschließbaren Dosierpot von einander getrennt. Hierbei dient der Dosierpot als Vorratsbehälter für die zu dosierende Gussmasse. Hierdurch wird der
Dosiervorgang unabhängiger vom restlichen Gießvorgang. Die Gießkammer kann so vor, während oder nach dem Vakuumziehen oder Zuleiten von Schutz- oder Reaktionsgase mit Metall befüllt werden. Der Dosierpot selbst wird über eine abschließbare Öffnung befüllt (Deckel, Rohr, Dosierkolben,...) und kann ebenfalls unter Vakuum gebracht oder mit Schutz- oder Reaktionsgase beaufschlagt werden.
Unabhängig von der angewandten Methode um den Gießkammerraum von der Außenatmosphäre zu trennen, kann die erste Zuleitung zum Vakuumsystem -außer wie bereits beschrieben an einer Gießkammerabdeckung oder direkt an der Gießkammer- auch am Angießkanal oder ein hiermit verbundenen großzügig dimensionierten Kanal in der Form verbunden sein. An der Zutrittstelle in der Form muss dann ein zusätzliches Ventil eingebaut werden, um zu verhindern, dass Metall in die Zuleitung eindringt.
In einer weiteren Ausführungsform kann das erfϊndungsgemäße Verfahren ebenfalls für das Warkammerdruckgussverfahren angewandt werden. Bei diesem Verfahren werden meistens Metalllegierungen auf Magnesium-, Zink- oder Bleibasis vergossen. Hier befindet sich im Warmhalteofen ein im Metall eingetauchten Gießbehälter (Schwanenhals). Dieser enthält neben eine Gießkammer einen schwanenhalsförmigen Kanal, der über ein Zwischenstück und ein Mundstück mit der Gießform verbunden ist. Diese Einheit (Schwanenhals, Zwischenstück, Mundstück) ist im erweiterten Sinne als Analogon des Gießkammerraums im Kaltkammerverfahren zu sehen. Über eine Verbindung zu dieser Einheit kann eine erste Vakuumphase eingeleitet werden, so dass die bereits beschriebene Erfindung auch für das Warmkammergießverfahren anwendbar wird. Durch die großen Querschnitte, wird es möglich das Vakuum so schnell zu erzeugen, dass dieses kurz vor den Füllvorgang geschehen kann. Hierdurch wird verhindert, dass Metall durch den herrschenden Unterdruck bereits vor dem eigentlichen Füllvorgang im Formhohlraum eingesaugt wird.
Das erfϊndungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft bei Metalllegierungen eingesetzt werden, die mehrheitlich Aluminium enthalten, da gerade bei diesem Metall große Luftanteile im Gefüge die Weiterbearbeitung (bspw. Schweißen) erschweren, wenn nicht sogar unmöglich machen.
Die Erfindung soll anhand der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen näher erläutert werden.
Fig.1 : Schnittzeichnung durch eine Druckgießmaschine, die zur Durchführung des
Verfahrens geeignet ist. Fig. 2: Schnittzeichnung der Gießkammer. Die Teile a bis c zeigen verschiedene
Phasen des Prozesses.
Fig. 3: Ausführungsform des Vakuumsystems mit mehreren Pufferbehältern. Fig. 4: Ausführungsform mit direkter Anschluß an der Gießkammer (Trennung zur
Außenatmosphäre durch den Gießkolben). Fig. 5: Ausführungsform mit Dosierrinne und Abschließmechanismus an der
Einfüllöffhung.
Fig. 6: Ausführungsform mit abschließbarem Dosierpot. Fig. 7: Ausführungsform beim Warmkammerdruckgießen.
Die Grundausführungsform der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Druckgießmaschine ist in Figur 1 gezeigt. Zwischen 2wei Platten (22) ist eine Form (21) eingespannt. Das zu fertigende Bauteil entsteht durch Erstarren von Metall oder einer Metalllegierung in dem Formhohlraum (10). In einer Gießkammer (6) läuft ein Kolben (3), der die Masse flüssigen Metalls (8) durch eine lineare Bewegung in den Formhohlraum drückt. Die Gießkammer ist mit einer Einfüllöffhung (4) versehen, durch die das flüssige Metall vor der ersten Vakuumphase eingefüllt wird. Eine Haube (7) schließt von außen die Gießkammer vakuumdicht ab. Der Raum innerhalb der Haube ist über einen Anschluss (11) und einer ersten Zuleitung (12), in der sich ein Ventil (13) befindet, mit einem Vakuumsystem (20) verbunden. Dieses Vakuumsystem kann eine Anordnung von Vakuumpumpen und / oder Pufferbehälter sein. Über diese erste Zuleitung wird in der ersten Vakuumphase Vakuum erzeugt. Eine zweite Zuleitung (15) mit einem Ventil (16) verbindet das an der Gießform angebrachte Entlüftungsventil (14) mit dem Vakuumsystem (20). Über diese zweite Zuleitung wird in der zweiten Phase Vakuum erzeugt.
Das Verfahren mit zwei Vakuumphasen soll anhand Figur 2 genauer erläutert werden. Figur 2a zeigt den ersten Schritt, in dem das Metall in Form einer
Gussmasse (8) in die Gießkammer (6) eingefüllt wird. In diesem Schritt ist die Haube (7) zurückgezogen und gibt die Einfüllöffhung (4) frei. Im nächsten Schritt in Figur 2b ist die Haube (7) vorgeschoben und schließt den Gießkammerraum (5) vakuumdicht ab. Kolbenseitig wird mit einer Durchführungsdichtung (2) an der Kolbenstange (1) abgedichtet. Nun wird vom Vakuumsystem über den Anschluss (11) Unterdruck erzeugt, dies entspricht der ersten Vakuumphase. Dieser Anschluss kann mit einem großen Leitwert ausgeführt werden, da praktisch keine räumlichen Beschränkungen bestehen. Dadurch werden Formhohlraum und Gießkammer effektiv und schnell evakuiert. Zwischen zweitem und drittem Schritt wird der Kolben (3) vorgeschoben, so dass am Ende die Einfüllöffhung (4) verschlossen ist. Hierdurch wird das Volumen oberhalb der Gussmasse von dem Raum unter der Haube (7) und damit von der Vakuumzuleitung (11) getrennt. Im dritten Schritt erfolgt nun die Evakuierung der Form über Ventil (14) und zweite Zuleitung (15), entsprechend der zweiten Vakuumphase. Die Phase endet, wenn Ventil (14) geschlossen wird.
Die Phasen können auch anhand der Stellung der Ventile (13), (14) und (16) erläutert werden. Während der Befüllung der Gießkammer mit Gussmasse sind die Ventile geschlossen. Sobald die Haube (7) vorgeschoben ist und damit die
Gießkammer gegen die Atmosphäre dicht ist, wird Ventil (13) geöffnet, die erste Vakuumphase findet statt. Nachdem durch Verschieben des Kolbens die Einfüllöffnung abgedichtet worden ist, werden die Ventile (14) und (16) geöffnet (meistens ist Ventil (14) bereits offen) und die zweite Vakuumphase findet statt. Wenn die Form mit Metall gefüllt ist, schließen die Ventile (14) und (16). Hierbei werden die meisten Entlüftungsventile durch das Metall selbst abgeschlossen.
In einer einfachen Ausführungsform findet die Trennung von der ersten Zuleitung nur durch Schließen des Ventils (13) statt, wodurch der Aufbau vereinfacht werden kann. Nach dem Schließen kann dann unabhängig von der Stellung des Gießkolbens die zweite Vakuumphase durchgeführt werden.
Eine weitere Ausführungsform bezieht sich auf das Befüllen der Gießkammer mit Metall. Dieses muss nicht zwingend vor der ersten Vakuumphase erfolgen. Denkbar ist, eine Vakuumphase zum Dosieren der Gussmasse zu benutzen, indem mit dem Vakuum das Metall in die Gießkammer eingesaugt wird, beispielsweise über ein Steigrohr.
Das Dosieren der Gussmasse muss nicht in der ersten Vakuumphase erfolgen, sondern kann in einer der nachfolgenden Vakuumphasen geschehen. Hierdurch können Reaktion der Gusmasse mit den Gasen in der Gießkamme reduziert werden, weil diese in einer Vakuumphase vor dem Befüllen reduziert werden. In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform werden anstelle einer Vakuumphase Schutz¬ oder Reaktionsgase in die Gießkammer und/oder den Formhohlraum zugeleitet. Damit können Reaktionen der Gussmasse mit Gasen vermieden werden, beispielsweise wird die Oxidation an der Oberfläche der Gusmasse stark unterbunden. Auch können Gase eingeleitet werden, die gezielt mit der Gusmasse reagieren und Eigenschaften des Materials verbessern.
In einer vorteilhaften Ausfuhrung findet nach der ersten Vakuumphase keine Belüftung des Raumes innerhalb der Haube statt. Der Unterdruck während einer oder weiteren Vakuumphasen kann bestehen bleiben. Dadurch sind Undichtigkeiten entlang des Kolbens weniger kritisch, mögliche Leckagen führen nicht zu einer dramatischen Verschlechterung des Vakuums. Das Ventil (13) kann hierbei geöffnet bleiben. Mit diesem System können besonders tiefe Enddrücke in der Form erreicht werden, so dass es möglich wird, das Entlüftungsventil (14) zu schließen, bevor es vom Metall erreicht wird.
In einer weiteren Ausführung geschieht das Abdichten der Gießkammer gegen die Atmosphäre nicht durch ein lineares Verschieben der Haube wie in Figur 2. Vielmehr ist die Haube in dieser Ausführung als ein um die Achse der Gießkammer (6) und der Kolbenstange (1) drehbares Teil ausgestaltet. Durch eine Drehung dieser Haube wird die Einfüllöffnung verschlossen. Eine solche Haube erweist sich als Vorteilhaft durch ihre kurze Baulänge und kurze Schließzeit.
Eine günstige Ausgestaltung des Vakuumsystems (20) ist in Figur 3 gezeigt. Die erste Zuleitung (12), die in der ersten Vakuumphase benutzt wird, und die zweite Zuleitung (15), die in der zweiten Vakuumphase zur Anwendung kommt, sind jeweils mit Vakuumpufferbehältern (17), bzw. (18), verbunden. Die Behälter werden durch Vakuumpumpen evakuiert. Vorteilhaft ist eine gemeinsame Anordnung von Vakuumpumpen, bzw. eine gemeinsame Pumpe (19), mit der die Behälter unabhängig voneinander und je nach Schaltung der Ventile (23) evakuiert werden können.
Vorteilhaft wird für jede Phase ein eigener Vakuumpufferbehälter zur Verfügung gestellt.
In Figur 4 ist jene Ausführungsform dargestellt, bei der mittels des Gießkolben (3) die Trennung von Gießkammerraum (5) und Außenatmosphäre bewirkt wird. Figur 4a zeigt der Schritt im Prozeß nachdem das flüssige Metall (8) in der Gießkammer (6) befüllt wurde. Nachdem der Gießkolben (3) die Einfüllöffnung (4) überfahren hat, ist der Gießkammerraum (5) gegen der Außenatmosphäre abgedichtet und kann eine erste Vakuumphase über den direkten Anschluss (42) der ersten Zuleitung (15) an der Gießkammer (6) eingeleitet werden. Dieser Schritt ist in Figur 4b ersichtlich. Wenn das Ventil (13) in der ersten Zuleitung geschlossen wurde oder der Kolben den Anschluss (42) überfahren hat, kann die zweite Vakuumphase über das Entlüftungsventil (14) und der zweiten Zuleitung (15) zugeschaltet werden. Dieser Stand wird durch Figur 4c wiedergegeben. Unter Beibehaltung des Vakuums wird das Metall durch den Kolben (3) dann weiter in den Formhohlraum (10) gefüllt, wie es Figur 4d zeigt. Alternativ zu der Anbindung (42) direkt an der Gießkammer könnte auch eine Anbindung an dem Angießkanal (41) oder ein in der Form großzügig hiermit verbundenen Kanal realisiert werden. Der Angießkanal (41) weißt in der Regel einen großen Querschnitt in Richtung Gießkammerraum (5) auf. Diese Anbindung muß naturgemäß über ein zusätzliches Ventil (Analog zu dem Entlüftungsventil 14) abgeschlossen werden, so dass kein Metall in der ersten Vakuumleitung (15) eindringen kann. Nachdem dieses Ventil oder Ventil 13 geschlossen ist kann die zweite Vakuumphase eingeleitet werden. Figur 5 zeigt eine Ausführung, bei der die Einfüllöffhung (4) der Gießkammer (6) über einen Deckel (53) abgeschlossen werden kann und das Metall (8) über eine bewegliche Gießrinne (51) in der Gießkammer (6) dosiert wird. Figur 5a zeigt den Prozeß während des Metalldosierens. Nachdem die Gießkammer (6) mit Metall (8) befüllt wurde, wird die Gießrinne (51) vertikal nach oben aus der Einfüllöffhung (4) gehoben, so dass ein Deckel (53) unter der Gießrinne (51) eingedreht werden kann und dann mit eine kurze vertikale Bewegung auf einen Deckelsitz (52) abgesenkt werden kann. Hierdurch wird die Einfüllöffhung (4) abgedichtet und es kann die erste Vakuumphase über den Zuleitungskanal (12) eingeleitet werden.
Durch die vertikale Bewegung der Gießrinne (51) und die rotierende Bewegung des Deckels wird verhindert, dass die Dichtfläche zwischen Deckel und Deckelsitz mit heißem Metall in Berührung kommt oder verschmutzt wird. Die Dichtung (54) wird deshalb vorzugsweise an der Unterseite des Deckels (53) angebracht. Um eventuell abtropfendes Metall aufzufangen, ist oberhalb des Deckels (53) ein Abtropfblech (55) angebracht.
Alternativ zu einer Bewegung der Gießrinne (51) selbst, kann auch ein kurzes bewegliches Fallrohr (58) angebracht werden, welches während des Dosierens nach unten ausgefahren wird und so den Abstand zwischen Auslauf der Gießrinne (51) und Einfüllöffhung (4) überbrückt. Hiermit soll verhindert werden, dass Metall seitig austreten oder spritzen kann.
Der Raum hinter dem Kolben ist in der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform ebenfalls über eine Verbindung (57) mit der ersten Vakuumzuleitung (12) verbunden.
Bei der Ausführung in Figur 6 handelt es sich um eine Lösung, bei der die Gießkammer (6) über einen Dosierpot (61) mit Metall (8) befüllt wird. Über den Dosierpot wird gleichzeitig die Trennung zwischen Außenatmosphäre und Gießkammerraum (5) hergestellt. Der Dosierpot ist in einem ersten Schritt (Figur 6a) bereits mit Metall befüllt. Nachdem die Form (21) geschlossen wurde kann zu einem sehr frühen Zeitpunkt bereits eine erste Vakuumphase eingeleitet werden (Figur 6b). Dieses geschieht in diesem Beispiel über die Zuleitung (12) zur ersten Vakuumphase. Wahlweise kann der Dosierpotraum (63) unabhängig hiervon auf einen bestimmten Unterdruck gebracht werden. Durch das Ziehen des Stopfens (62) wird das Metall über die Einfüllöffhung (4) in die Gießkammer (6) dosiert. Eine eventuell bestehende (positive) Druckdifferenz zwischen Dosierpotraum (63) und Gießkammerraum (5) wird hierbei den Dosiervorgang weiter beschleunigen. Nachdem das Metall befüllt wurde und das Ventil (13) in der ersten Zuleitung geschlossen wurde kann sofort eine weitere Vakuumphase eingeleitet werden.
In Figur 6d wird eine Variante des Dosierpots (61) gezeigt mit verschließbarem Deckel (64). Der Deckel kann, nachdem der Stopfen (62) die Durchgangsöffhung zuverlässig abgeschlossen hat, geöffnet werden. Es ist empfehlenswert mit der Öffnung des Deckels zu warten bis auch der Kolben (3) die Einfüllöffhung (4) überfahren hat um die Dichtigkeit des Gießkammerraums (5) nicht über eventuelle Leckagen am Stopfen (62) zu gefährden. Danach kann der Dosierpot (61) zu einem beliebigen Zeitpunkt wieder mit Gussmasse (8) befüllt werden. In Fällen wo zum Beispiel im Dosierpotraum (63) unter Schutzgas gearbeitet wird, kann am Dosierpot (61) anstelle über einem abschließbaren Deckel(64), ebenfalls über ein abschließbares Rohr oder einen Dosierkolben befüllt werden.
Statt eines Dosierpots könnte in einer weiteren Ausführungsform ebenfalls ein abschießbares Dosierrohr oder einen Dosierkolben benutzt werden.
Eine Ausfuhrungsform für das Warmkammerverfahren ist in Figur 7 dargestellt. Wie beim Warmkammerverfahren üblich, ist der Gießbehälter (74) (Schwanenhals) im Metall eingetaucht, welches sich in einem Warmhalteofen (71) befindet. Der Gießbehälter (74) enthält eine Gießkammer (73) die über eine Einfüllöffhung (72) mit dem Metallbad im Warmhalteofen (71) in Verbindung steht. Der Gießbehälter enthält weiter einen SchwanenhalsfÖrmigen Kanal womit er über ein Zwischenstück (75) und ein (beheiztes) Mundstück (76) mit der Form (21) in Verbindung steht. Figur 7a beschreibt die Ausgangsposition, wobei der Kolben (3) in seiner Anfangsposition steht und das Metall im Gießbehälter (74) das gleiche Niveau wie im Warmhalteofen (71) aufweist. In einem zweiten Schritt hat der Kolben (3) die Einfüllöffnung (72) abgeschlossen, so dass kein Metall mehr nachströmen kann. In diesem Augenblick kann über die Zuleitung (12) eine erste Vakuumphase eingeleitet werden (Figur 7b). Bevor das Metall bis zum Zwischenstück (75) angestiegen ist, wird ein zusätzliches Ventil (Kolben) (77) geschlossen, so dass kein Metall in der ersten Zuleitung (12) zum Vakuumsystem vordringen kann. Ab diesem Zeitpunkt kann eine zweite Vakuumphase über ein übliches Entlüftungsventil (14) und eine zweite Zuleitung (15) eingeleitet werden. Dieser Schritt wird in Figur 7c gezeigt. In einer letzten Figur 7d, sieht man wie der Kolben (3) das Metall dann weiter über Zwischenstück (75) und Mundstück (76) in die Gießform füllt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Druckgießen von Metallen, Metalllegierungen, welche die Gussmasse (8) bilden, unter Beaufschlagung von Vakuum, umfassend die Schritte: a Befüllen der Gießkammer (6) mit der Gussmasse (8) b Abdichten des Gießkammerraumes (5) gegen die Atmosphäre, wobei die Schritte a und b vertauscht werden können, dadurch gekennzeichnet, dass - nach Abdichten und Trennen des Gießkammerraumes (5) von der
Atmosphäre eine erste Vakuumphase durchgeführt wird, nach Trennung des Gießkammerraumes (5) von der ersten Zuleitung zum Vakuumsystem (12) eine zweite oder weitere Vakuumphasen durchgeführt werden.
2. Verfahren zum Druckgießen nach Anspruch 1 , wobei das Abdichten und Trennen des Gießkammerraumes (5) zur Außenatmosphäre durch Schließen der Form (21) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten und Trennen des Gießkammerraumes (5) von der Atmosphäre durch Verbinden der Gießkammer (6) mit der Form erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten und Trennen des Gießkammerraumes (5) von der Atmosphäre durch
Verschließen der Einfüllöffhung (4) mittels des Gießkolbens (3) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des Gießkammerraumes (5) von der Außenatmosphäre durch eine von außen verschließbare Abdeckung bewirkt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten des Gießkammerraumes (5) durch eine lineare Bewegung einer Haube (7) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichten des Gießkammerraumes (5) durch eine Drehbewegung einer Haube (7) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosieren der Gussmasse (8) vor der ersten Vakuumphase durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosieren der Gussmasse (8) während oder mittels einer Vakuumphase erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosieren der Gussmasse (8) nach einer vorhergehenden Vakuumphase erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Vakuumphase Schutz- oder Reaktionsgase in die Gießkammer und / oder Formhohlraum zugeleitet werden oder einer solchen Phase zwischengeschaltet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verschieben des Gießkolbens (3) die Einfüllöffhung (4) verschlossen wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des Gießkammerraumes (5) von der ersten Zuleitung zum Vakuumsystem (12) durch Schließen des Ventils (13) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des Gießkammerraumes (5) von der ersten Zuleitung zum Vakuumsystem (12) durch Verschieben des Gießkolbens (3) erfolgt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nach der ersten Vakuumphase hinter dem Gießkolben (3) herrschende Unterdruck in mindestens einer weiteren Vakuumphase bestehen bleibt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für mehrere Vakuumphasen notwendige Unterdruck mit je einem Pufferbehälter (17, 18) erzeugt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferbehälter (17, 18) von einer gemeinsamen Anordnung von
Vakuumpumpen (19) evakuiert werden.
18. Warmkammerdruckgießverfahren, wobei ein Vakuumsystem mit mindestens zwei Vakuumzuleitungen vorhanden ist, welches die Schritte umfasst:
1. Verschieben eines Gießkolbens, so dass die Einfüllöffhung (72) verschlossen wird
2. Erzeugen von Unterdruck in Gießbehälter(74), Zwischenstück(75), Mundstück(76) und Formhohlraum über eine erste Vakuumzuleitung (12) dadurch gekennzeichnet, dass
3. eine erste Vakuumphase durchgeführt wird, nachdem der Gießkolben die Einfullöffhung (72) überfahren hat
4. danach die Verbindung zur ersten Vakuumzuleitung (12) unterbrochen wird 5. anschließend eine zweite Vakuumphase durchgeführt wird.
19. Warmkammerdruckgussverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlichen Ventil (77) das Eindringen von Metall in die erste Zuleitung (12) verhindert.
20. Warmkammerdruckgussverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Ventil (77) an dem Zwischenstück (75) zwischen Gießbehälter (74) und Mundstück (76) angebracht ist.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussmasse (8) als mehrheitlichen Anteil Aluminium enthält.
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