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Verfahren zur Herstellung von Metalldruckguß-
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teilen === = == Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Metalldruckgußteilen, bei dem die Schmelze mit Hilfe eines Gießkolbens in eine
aus einer festen und einer beweglichen Formhälfte bestehende Form gedrückt wird
und dort erstarrt, während der Kolben zur Nachspeisung von Schmelze auf einen Preßrest
drückt, der später vom Werkstück entfernt wird.
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Verfahren dieser Art sind bekannt und werden bei horizontalen Druckgießmaschinen,
beispielsweise für die Verarbeitung von Aluminium, Zink oder Magnesiumschmelzen
eingesetzt. Bei den herkömmlichen Konstruktionen von Gießkammer und Preßrest und
dem bekannten Verfahrensablauf beim DruckgieBen steht der Gießkolben am Ende der
Formfüllphase in der GieB-kammer. In dieser und in der Borm bildet sich im Bereich
des FreBrestes am Ende des Formfüllvorganges eine feste Randschale.
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Diese feste Randschale muß durch die auf den Gießkolben wirkende Kraft
verformt werden, damit auch auf die im Formhohlraum befindliche und erstarrende
Schmelze ein Druck ausgeübt wird, der zweierlei Funktionen hat.
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Einmal soll der Druck dafür sorgen, daß die eingeschlossener Gase
unter Druck erstarren. Je höher der Druck dabei ist, um so niedriger ist das Volumen
der Gasporen. Zum anderen soll der Druck aber auch vermeiden, daß Volumenfehler,
sogenannte Bunker, entstehen, die dadurch bedingt sind, daß die metallischen Schmelzen
bei Abkühlung schwinden und beim Uebergang von der flüssigen in die feste Phase
einen Volumensprung ausweisen. Das Schwindungsvolumen im flüssigen Zustand soll
durch das Gießsystem nachgespeist werden, so daß der unter Druck stehende Gießkolben
bis zum Ende der Erstarrung im Formhohlraum Schmelze unter Druck in den Formhohlraum
nachliefern soll.
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Die bekannten Verfahren zum Druckgießen weisen dabei den nachteil
auf, daß die in der Gießkammer entstehende feste Randschale, die mit zunehmender
Abkühlzeit immer dicker wird, die Bewegung des Gießkolbens und damit auch die Nachspeisung
der Schmelze verhindert. Bei den bekannten Verfahren muß daher mit sehr hohen Drücken,
d.h. mit sehr hohen Kräften auf den Gießkolben gearbeitet werden.
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Nachteilig ist in gewisser Hinsicht auch, daß mit den bekannten Druckgießverfahren
keine Formteile gegossen werden können, wie sie beispielsweise beim bekannten Kokillenguß
durch den Einsatz von Sandkernen erreichbar sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von Metalldruckgußteilen zu schaffen, mit dem Gußteile a) gleichmäßiger Qualitätseigenschaft
bei geringer Streuung
b) gleicher oder besserer Qualitätseigenschaft
als beim vergleichbaren Druckgießverfahren mit horizontaler Gießkammer erreichbar
sind, bei dem aber keine so hohen Kräfte zur Druckerzeugung während der Erstarrungszeit
aufzubringen sind, so daß auch der Aufwand zur Verwirklichung des Gießverfahrens
geringer wird.
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Die Erfindung besteht, ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren
darin, daß der Preßrestbereich in die bewegliche Formhälfte verlegt wird und der
Kolben beim Gießvorgang zumindestens teilweise aus der Gießkammer heraus-und in
den Hohlraum in der beweglichen Formhälfte hereingedrückt wird.
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Dieses Verfahren weist den großen Vorteil auf, daß mit wesentlich
niedrigerem spezifischen Druck gegossen werden kann, so daß der Bauaufwand für die
Gießeinrichtung geringer wird und gleichzeitig aber auch weitgehend eine Gratbildung
am Werkstück verhindert wird. Außerdem wird es möglich, die Gießbedingungen formschonend
wählen zu können und es hat sich gezeigt, daß auch Formen mit Sandkernen verwendet
werden können. Es wird daher auch möglich, Hinterschneidungen zu gießen, was mit
den bisher bekannten Druckgießverfahren nur schwierig möglich war. Der spezifische
Gießdruck darf zu diesem Zweck nicht höher als ca. 25 bar sein. Das neue Verfahren
stellt daher ein neuartiges Gießverfahren dar, das zwischen Kokillen- und Druckgießverfahren
einzureihen ist und beispielsweise als Druck-Kokillenguß bezeichnet werden könnte.
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Der große Vorteil des neuen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die
Bildung einer festen Randschale im Preßrestbereich die Nachspeisung von Schmelze
in den Formhohlraum
nicht beeinträchtigt. Die Abmessungen des Preßrestbereiches
werden dabei natürlich vorteilhaft so bemessen, daß die Erstarrungszeit in etwa
der Erstarrungszeit im Gußstück entspricht, so daß damit auch die Gewähr dafür gegeben
ist, daß der Gießkolben, der zum Ende des Gießvorganges in den Hohlraum und damit
in den Preßrest hereingedrückt wird, zumindestens solange noch mit flüssiger Schmelze
in Berührung steht, als davon auszugehen ist, daß auch in der Form die Schmelze
noch nicht erstarrt ist. Es reicht dazu ein relativ niedriger Druck aus, um die
vorher erwähnte Nachspeisung zur Vermeidung von Lunkern zu erreichen. Das neue Verfahren
weist auch den Vorteil auf, daß mit niedrigeren Drücken und bei entsprechend kurzen
Formfüllzeiten mit nur einer Gießphase gearbeitet werden kann, wobei der Gießkolbenquerschnitt
entsprechend groß gewählt wird. Die Wahl großer Kolbenquerschnitte wiederum bringt
auch den Vorteil mit sich, daß die Gießkammer kürzer ausgebildet und auf eine gesonderte
Aufspannplatte für die feste Formhälfte verzichtet werden kann. Die Gießkammer kann
unmittelbar an der festen Formhälfte befestigt werden.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn eine Abstimmung der Querschnitte von
Preßrest, Lauf und Anschnitt erfolgt.
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Schließlich hat sich gezeigt, daß bei Gußstücken mit-unterschiedlichem
Erstarrungsmodul der Anschnitt vorteilhaft dorthin verlegt wird, wo der Erstarrungsmodul
am größten ist. Dabei ist der Erstarrungsmodul eines Gußstückes oder eines Gußstückbereiches
definiert als das Verhältnis seines Volumens zur wärmeabgebenden Oberfläche.
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Da bei dem neuen Verfahren mit relativ niedrigen Drücken gearbeitet
wird, können in der Form auch Sandkerne, wie beim Kokillenguß, verwendet werden.
Mit dem neuen Verfahren lassen sich daher Gußstücke verwirklichen, die bisher
beim
Druckgießverfahren nicht gegossen werden können.
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Da das Gießverfahren im Vergleich zum Kokillenguß ein speisloses Arbeiten
ermöglicht, ist der Putzaufwand gering (ähnlich dem Druckgießverfahren).
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Alle Nechanisierungsbausteine des Druckgießverfahrens sind im Druck-Kokillenguß
einsetzbar.
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In der Zeichnung ist das neue Verfahren schematisch erläutert. Es
zeigen: Fig. 1 die schematische Darstellung des Druckgieß verfahrens konventioneller
Druckgießmaschinen, wobei die Stellung des Gießkolbens am Ende der Formfüllung gezeigt
ist, Fig. 2 eine analoge Darstellung zu dem Gießvorgang der Fig. 1, jedoch beim
erfindungsgemäßen Verfahren, wo ebenfalls die Stellung des Gießkolbens am Ende der
Formfüllung dargestellt ist und Fig. 3 schließlich die schematische Darstellung
des Schnittes längs der Linie III-Ill in Fig. 2.
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Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß die Gießkammer 2 einer konventionellen
Druckgießmaschine an einer festen Aufspannplatte 3 angebracht ist und mit ihrem
linken Stirnende in eine Öffnung in der festen Formhälfte 4 hereinreicht.
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Innerhalb der Gießkammer 2 ist der Gießkolben 1 mit der Kolbenstange
1a geführt, wobei die Schmelze der GieB-kammer 2 durch die Einfüllöffnung 6 in bekannter
Weise zugeführt wird. Fest an der Formhälfte 4 liegt die bewegliche
Formhälfte
5 an, die in der gezeigten Lage des Gießkolbens 1, der am Ende der Formfüllung steht,
zusammen mit der festen Formhälfte 4 verriegelt ist. Der Gießkolben 1 hat in der
dargestellten Lage das zunächst durch die Öffnung 6 eingefüllte Schmelzmaterial
durch die Gießkammer 2 und den Einlaufquerschnitt 7 in den Hohlraum 8 der Form hereingedrückt
und sorgt in der dargestellten Lage dafür, daß die im Hohlraum 8 befindliche Schmelze
unter Druck gehalten wird, damit das Volumen etwa eingeschlossener Gase bis zum
Erstarren der Schmelze möglichst klein gehalten wird und außerdem für eine Nachspeisung
von Schmelze aus dem Preßrestbereich 9 in den Formhohlraum 8 gewährleistet ist.
Im Endbereich 2a der Gießkammer 2 entsteht dabei mit zunehmender Abkühl- und Erstarrungszeit
der Schmelze eine feste Randschale 10, die Zylindermantelform aufweist und deren
Stärke mit zunehmender Erstarrungszeit immer größer wird. Der Gießkolben 1 muß daher,
wenn er Schmelze in gewünschtem Maß in den Hohlraum 8 nachspeisen soll, die von
dieser Randschale 10 ausgeübten Gegenkräfte überwinden, um noch eine gewisse Wegstrecke
innerhalb der Gießkammer 2 - im Anführungsbeispiel nach links - zurücklegen können.
Um das zu erreichen, sind bei den konventionellen horizontalen Druckgießmaschinen
unter anderem große Kräfte zur Beaufschlagung des Gießkolbens 1 notwendig, die nur
durch entsprechend aufwendige Einrichtungen an den Druckgießmaschinen bewirkt werden
können. Dieser hohe Druck bewirkt auch, daß Schmelze in kleinste Formspalten (Teilungsebene)
gelangen kann und dadurch eine Gratbildung nicht auszuschließen ist.
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Nach dem neuen Verfahren steht der Gießkolben 1 gemäß Fig. 2 am Ende
der Formfüllung nicht mehr innerhalb der Gießkammer 2, sondern er ist über die Stirnseite
2b der Gießkammer hinaus in den Bereich des Preßrestes 9'geschoben. Der Querschnitt
des Kolbens 1 ist bei diesem Verfahren sehr viel größer gewählt, so daß die gesamte
Gießkammer 2 kürzer sein kann. Es ist auch
nicht mehr notwendig,
die Gießkammer 2 in eine feste Aufspannplatte einzusetzen. Sie kann mit einer Halterung
11 an der festen Formhälfte 4 befestigt werden. Der Preßrest 9' wird nunmehr ganz
in die bewegliche Formhälfte 5 hereinverlegt, so daß sich keine feste Randschale
10, wie beim konventionellen Druckgießverfahren innerhalb der Gießkammer 2 ausbilden
kann. Der Kolben 1 muß daher auch nicht die großen Gegenkräfte überwinden, so daß
mit dem neuen Verfahren mit wesentlich geringeren Drücken gearbeitet werden kann.
Innerhalb der beweglichen Formhälfte im Preßrest 9' bildet sich zwar ebenfalls eine
Randschale 12 aus, die Abmessungen des Preßrestes 9' in der beweglichen Formhälfte
5 müssen so groß gewählt werden, daß die Erstarrungszeit des Preßrestes 9 größer
oder gleich der Schmelze im Formhohlraum 8 ist, so daß die feste Randschale 12 die
weitere Zufuhr von Material aus dem Preßrest 9' in die Form 8 nicht behindert. Zu
diesem Zweck ist auch der Querschnitt des Laufes 7, der trapezförmig ausgebildet
ist, auf den Querschnitt des Preßrestes 9' sowie auf den Anschnitt abgestimmt, wobei
gilt: AA = LA X dA. Dabei bedeuten AA die Anschnitt-Querschnittsfläche, die sich
zusammensetzt aus der Länge der Breite LA und dA, wie in Fig. 3 gezeigt. Bei trapezförmigem
Querschnitt des Laufes 7 gilt dann AL = (b1 + b2) x dL, wobei die in den Fig. 2
und 3 verwendeten 2 Bezeichnungen eingesetzt sind.
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