DE2231807C3 - Hülse als zylindrische Druckkammer für eine Druckgießmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hülse als zylindrische Druckkammer für eine Druckgießmaschine mit einer Innenschicht eines Metalls aus der Gruppe Wolfram, Molybdän oder einer Legierung derselben.

Die Technik des Druckgießens wird in großem Umfang angewendet, um genaue Gußteile aus Metallen oder Legierungen mit einem Schmelzpunkt von etwa 1000⁰C oder weniger herzustellen, wie Legierungen, die Aluminium, Zink, Magnesium, Kupfer, Zinn und Blei enthalten. Es gibt zwei bekannte Bauformen von Druckgießmaschinen, die Kaltkammcrmaschine und die Warmkammermaschine. Die Kaltkammermaschine, der das geschmolzene Metall aus einem getrennt angeordneten Schmelzofen zugeführt wird, dient dem Druckgießen von verhältnismäßig hochschmelzenden Metallen oder Legierungen, wie Legierungen auf Aluminium-, Magnesium- und Kupferbasis. Die Warmkammermaschine, die einen eingebauten Ofen besitzt, wird für die Herstellung von Gußteilen aus Metallen oder Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt, wie solchen auf Zink-, Zinn- und Bleibasis verwendet. Bei beiden Bauformen wird die Metall- oder Legierungsschmelze durch eine in die Maschine eingebaute zylindrische Kammer oder Hülse in den Hohlraum der Druckgießkokille eingepreßt.

Daher ist es diese Hülse, vor allem diejenige der Kaltkammermaschine, die mit der höchsten Temperatur des geschmolzenen Metalls in Berührung kommt, so daß diese Hülse besonders widerstandsfähig gegen Hitze, Abnutzung und Korrosion sein muß. Dies gilt um so mehr, als in den zurückliegenden Jahren die Anwendung der Druckgießmaschine für Legierungen auf Eisenbasis ernstlich versucht worden ist. Hierfür ist eine bekannte Hülse der Kaltkammermaschine aus einem einsatzgehärtetem Warmpreßstahl gefertigt worden. Dieser Werkstoff ist hinsichtlich der vorerwähnten Eigenschaften so unbefriedigend, daß die Hülse eine Lebensdauer von 1 bis 3 Monaten oder so ähnlich besitzt, wenn sie zum Druckgießen von Legierung auf Aluminiumbasis mit einem verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt verwendet wird. Im Falle des Gießens von Legierung auf Eisenbasis kann die Hülse einige bis einige zehn Schüsse aushalten, ohne irgendwelche Anzeichen von ungewöhnlichen Veränderungen zu zeigen. Obendrein ist der Warmpreßstahl ein sehr teurer Werkstoff und die Oberfläche der aus diesem Werkstoff gefertigten Hülse erfordert eine kostspielige Wärmebehandlung, um ihre Lebensdauer in gewissem Ausmaß zu verlängern.

Es ist allgemein bekannt, daß schwer schmelzbare Metalle, wie Molybdän und Wolfram, sowie Legierungen, die diese Metalle als Hauptbeslandteile enthalten, den hohen, Temperaturen, die während des Druckgießens von Legierungen auf Kupferbasis und selbst solchen auf Eisenbasis erzeugt werden, gut widerstehen können. Solche Metalle und Legierungen, deren Verwendung für die Druckkammer einer Warmkammer-Druckgießmaschine in dem DE-GM 66 00 281 vorgeschlagen ist werden sicherlich als Hülsenwerkstoffe befriedigen. Jedoch ist eine Hülse, die nur aus diesen Metallen oder Legierungen besteht so teuer, daß sie kaum auf wirtschaftlicher Grundlage herstellbar ist

Ein zusätzlicher Nachteil ist der, daß infolge der hohen Wärmeleitfähigkeit aller dieser Werkstoffe zu viel Wärme dem durch die Hülse hindurchtretenden geschmolzenen Metall entzogen wird.

Während des Druckgießvorgangs erfährt bekanntlich nur ein begrenzter Teil der Hülse an ihrer Innenseite einen markanten hohen Temperaturanstieg aufgrund der Wärme der hindurchfließenden Schmelze. Daher wird durch Verwendung der oben erwähnten unschmelzbaren Metalle oder Legierungen in diesem begrenzten Teil der Hülse allein die Lebensdauer der Hülse als Ganzes erheblich verlängert. Jedoch ist es praktisch zwecklos, geschmolzenes Molybdän, Wolfram oder deren Legierungen auf die Innenfläche einer gebräuchlichen Hülse aufzuspritzen, weil der so

jo gebildete Überzug mit dem umgebenden Hülsenwerkstoff nicht ausreichend vereinigt werden kann. Den gleichen Nachteil hat die aus dem »Handbuch der Spritzgußtechnik«, Frommer, 1933, bekannte, aus Eisen oder einer Eisenlegierung bestehende Druckkammerhülse, die mit einer inneren Verschleißschicht aus nichtmetallischen Baustoffen versehen ist. Es kann auch in Erwägung gezogen werden, einen Hohlzylinder aus einer Eisenlegierung oder dergleichen etwa durch Aufschrumpfen um ein dünnes Rohr aus den schwer schmelzbaren Metallen oder Legierungen herum dicht zu befestigen. Da jedoch die auf diese Weise angefertigte Hülse beim Druckgießvorgang erhitzt wird, "'erden ihre innere und äußere Schicht mit Sicherheit gegeneinander verlagert. Dies tritt auch dann ein, wenn, wie aus der DE-AS 11 10 828 bekannt ist, eine Innenschicht aus Zirkonborid in die Pumpenkammer einer Warmkammer-Druckgießmaschine eingesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte zylindrische Hülse zur Verwendung als Druckkammer in einer Druckgießmaschine zu schaffen, die die geschilderten Schwierigkeiten überwindet.

Diese Aufgabe wird bei einer Hülse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf ein dünnes Rohr aus dem Metall oder der Legierung eine dickere Außenschicht aus einer eisenhaltigen Legierung festsitzend aufgebracht ist.

Damit weist die Hülse, eine verhältnismäßig dünne Innenschicht aus schwer schmelzbarem Werkstoff und

bo eine Außenschicht aus weniger teurem Werkstoff auf, so daß die Lebensdauer der Hülse stark erhöht wird, ohne daß ihre Herstellungskosten wesentlich gesteigert werden. Hierbei ist die Außenschicht aus einer Eisenlegierung hergestellt, so daß die Wärme, die aus

h5 dem hindurchtretenden geschmolzenen Metall abge^riihrt wird, in geeigneter Weise geregelt werden kann. Auch soll die Außenschicht dazu dienen, die Innenschicht, die weniger widerstandsfähig gegen Oxydation

sein kann, gegen Zerstörung durch die oxidierende Einwirkung von ihrem Umfang her zu schützen.

Es ist mit Vorteil vorgesehen, daß als Außenschicht eine verdichtete Pulvermischung auf die Oberfläche des dünnen Rohres aufgesintert ist Dadurch ist sichergestellt, daß keine relative Verlagerung oder Trennung von Außenschicht und Innenschicht stattfinden kann, wenn der Druckzylinder später durch das geschmolzene Metall erhitzt wird. Hierdurch wird auch die Überhitzung der Innenschicht allein vermieden.

Es kann auch vorgesehen sein, daß auf die Außenschicht ein Stahlrohr aufgeschrumpft ist.

Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie -anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt

F i g. 1 ein schematisches senkrechtes Schnittbild der Arbeitsweise beim Druckgießen in einer Maschine der KMtkammerbauform als Anwendungsbeispiel der Hülse nach der Erfindung;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt einer zweischichtigen Hülse nach der Erfindung;

Fig.3 ein schematisches Schnittbild zur Erläuterung der Druckanwendung beim Verdichten einer Außenschicht um eine zuvor geformte Innenschicht herum.

Zum vollen Verständnis der Erfindung wird vorab das Schema einer Druckgießmaschine der Kaltkammerbauform beschrieben, für die die verbesserte Druckkammer-Hülse der Erfindung geeignet ist. Gemäß F i g. 1 wird geschmolzenes Metall 2, das in einem Ofen 1 auf einer geeigneten Temperatur gehalten wird, entweder mittels eines Löffels oder durch automatisches Ausgießen aus einem Kessel 3 in eine den Druckzylinder bildende Hülse 4 gefüllt. Das geschmolzene Metall in der Hülse 4 wird dann durch einen Kolben 5 in einen Hohlraum 7 einer Druckgießkokille 6 gepreßt, wo das Metall gekühlt wird und bei der Verfestigung die Raumform annimmt, die durch den Hohlraum 7 umgrenzt ist. Bei einer Maschine der Warmkammerbauform, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, wird dagegen die Schmelze aus einem in die Maschine eingebauten Ofen dem Hohlraum der Druckgießkokille durch eine Hülse zugeführt, die unmittelbar an den Ofen angeschlossen ist.

Bekanntlich können Molybdän, Wolfram oder Legierungen, die eines dieser Metalle als Grundlage enthalten, einer hohen Temperatur wie der von geschmolzenen Eisenlegierungen gut widerstehen. Die Erfindung sieht eine höchst dauerhafte Druckzylinder-Hülse vor, die zum Teil aus einem dieser Metalle oder einer dieser Legierungen gefertigt ist. Wie in F i g. 2 schematisch dargestellt, weist diese Hülse eine Innenschicht 4a aus einer der vorgenannten Metalle oder legierten Metalle und eine Außenschicht Ab aus einer gesinterten Eisenlegierung auf. Diese Schichten Aa und Ab sind fest miteinander durch »Diffusionsbindung« vereinigt, wie nachstehend im einzelnen beschrieben ist. Dieses Verbundgebilde wird anschließend in geeigneter Weise bearbeitet, um als Druckzylinder in einer Druckgießmaschine verwendet zu werden. bo

Demnach ist also der Grundgedanke der Erfindung die Ausbildung und Herstellung einer verbesserten Hülse, die im wesentlichen aus einer Innenschicht und einer Außenschicht besteht, welche im wesentlichen ein vollständiges Ganzes bilden und von denen die Innenschicht den hohen Temperaturen des geschmolzenen Metalls in einer Druckgießmaschine zu widerstehen vermag und die Außenschicht aus billigem Werkstoff besteht, um die Gesamtkosten der Hülse herabzusetzen. Die so ausgebildete Hülse hat sich als äußerst dauerhaft erwiesen. Weil Molybdän, Wolfram und deren Legierungen sehr teuer sind, werden diese Metalle bzw. Legierungen vorzugsweise in möglichst geringen Mengen verwendet, um die Kosten der Hülse weitgehend herabzusetzen.

Zu diesem Zweck kann für die Innenschicht der Hülse ein dünnwandiges Rohr aus Molybdän oder Wolfram als Grundstoff enthaltender Legierung verwendet werden, wie es handelsüblich ist Dieses Rohr setzt die Dicke der inneren Hülsenschicht beträchtlich herab, wirft keinerlei technische Probleme bei der Herstellung der Zweischichthülse auf und verbessert ihre Korrosionsfestigkeit Allerdings sind die Herstellungskosten des Rohres selbst hoch, wegen der damit verbundenen aufwendigen Fertigungsstufen, so daß die Kosten der Hülse nicht so niedrig liegen, wie es erwünscht wäre.

Ein dünnes gesintertes Rohr aus Molybdän, Wolfram oder Legierungen, die eines dieser Metalle oder beide als Grundbestandteil enthalten, wäre nach Bearbeitung auf die besonderen Abmessungen als Innenschicht der Hülse brauchbar. Ein solches Rohr ist billiger als das oben beschriebene Rohr aus Molybdän oder molybdänhaltiger Legierung und kann die Hülsenkosten merklich senken.

Es wurde lange Zeit als unmöglich angesehen, lediglich di-rch Verdichten und Sintern ein langes dünnes Rohr von den vorgesehenen Abmessungen herzustellen. Diese Schwierigkeit ist jetzt überwunden durch ein bekannt gewordenes neues Verfahren, bei dem gepulvertes Material zu der gewünschten Raumform um einen starren gestreckten Kern herum mittels einer hydraulischen Presse verdichtet wird. Nach Entfernen des Kerns liegt ein Kompaktkörper in der Form eines dünnen Zylinders vor.

Für die Bildung einer umgebenden Außenschicht auf dem dünnen Rohr, das durch das obige Verfahren als Innenschicht der Hülse nach der Erfindung erzeugt worden ist, wird eine Mischung aus Pulvern, die s^;.ch zur Ausbildung einer Legierung auf Eisenbasis durch Erhitzen eignet, verdichtet, wie in F i g. 3 veranschaulicht, und darauf in einem Temperaturbereich von etwa 900 bis 1300⁰C gesintert. Wie durch die Pfeile 9 in der Zeichnung angedeutet ist, werden gleiche Drücke auf beiden Seiten der Pulvermischung gleichzeitig ausgeübt, nämlich durch die Innenschicht Aa und durch einen Gummiüberzug 8, so daß die Innenschicht Aa keiner wesentlichen Verformung unterworfen ist.

Während des Sinterns der so zu einem Kompaktkörper geformten Pulvermischung erfolgt die erwähnte Diffusionsverbindung zwischen der Innenschicht und der Außenschicht. Die Verbindung wird weiter gefestigt durch Zusammenziehung, die den Sintervorgang begleitet.

Die zweischichtige Hülse nach der Erfindung, in der vorbeschriebenen Weise hergestellt, wurde in eine Druckgießmaschine eingebaut, um ihre Standfestigkeit unter der Einwirkung von geschmolzenen Legierungen auf Aluminium-, Kupfer- und Eisenbasis zu prüfen. Keine Anzeichen von Veränderungen an dieser Hülse wurden beobachtet, wenn bis zu 10 000 bzw. 5000 bzw. 1000 Schüsse mit diesen Legierungen als Druckguß verarbeitet wurden, wobei diese Zahlen je nach dem M&V:rial der Innenschicht der Hülse gewissen Abweichungen unterliegen.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Beispiels näher beschrieben, das jedoch nur der

Erläuterung dienen und der Erfindung keinerlei Beschränkung auferlegen soll.

Beispiel

Molybdän-Pulver (mit einer Teilchengröße von J,5 μ) und Nickel-Pulvi (mit 3 μ) wurden 24 Stunden lang in einer Kugelmühle verarbeitet. Die so gemischten Pulver (1,5 Gew.-% Ni und Mo zum Ausgleich, mit getrenntem Zusatz von 1% Paraffin) wurden zu einem Hohlzylinder verdichtet, indem sie mit einer hydraulischen Presse bei Drücken bis zu 1,5 Tonnen je Quadratzentimeter um einen glatt geschliffenen Stab aus rostfreiem Stahl (»SUS27«) herum geformt wurden. Der so verdichtete hohlzylindrische Formling wurde dann bei etwa 750°C 2 Stunden lang in Gegenwart von Wasserstoff geröstet und danach bei etwa 1350° C 5 Stunden lang gesintert, so daß ein äußerst dichtes Produkt mit einem Außendurchmesser von 50 Millimeter, einem Innendurchmesser von 36 Millimeter und einer Länge von 260 Millimeter erhalten wurde. Die Außenfläche dieses Sinterkörpers wurde bearbeitet, bis sein Außendurchmesser 46 Millimeter betrug.

Eine Mischung aus Pulvern, die so zusammengesetzt ist, daß sie beim Erhitzen eine Legierung auf Eisenbasis ergibt (2Gew.-%Ni - 0,5 Gew.-% Mo
0,5 Gew.-% C-Fe zum Ausgleich) wurde mit Hilfe eines Knetwerks zubereitet, wurde dann um das oben erhaltene Produkt herum mit einer hydraulischen Presse bei Drücken bis zu 1,5 Tonnen je Quadratzentimeter zu einem zylindrischen Formkörper verdichtet und anschließend bei etwa 1250°C 1 Stunde lang gesintert, so daß eine Außenschicht mit einem Außendurchmesser von 100 Millimeter gebildet wurde. Der so erzeugte zweischichtige Hohlzylinder wurde auf einen Außendurchmesser von 60 mm und eine Länge von 220 mm bearbeitet, so daß eine Hülse zur Verwendung als Druckzylinder in einer 80-Tonnen-Druckgießmaschine erhalten wurde.

Diese Hülse wurde in die Druckgießmaschine eingesetzt, die in einer Anlage in Betrieb genommen wurde, um die Standfestigkeit der Hülse zu prüfen. Es zeigten sich keine ungewöhnlichen Veränderungen, nachdem die Hülse im Druckgießbetrieb 10 000 Schüsse ausgeführt hatte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 Patentansprüche:

1. Hülse als zylindrische Druckkammer für eine Druckgießmaschine, mit einer Innenschicht eines Metalls aus der Gruppe Wolfram, Molybdän oder einer Legierung derselben, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein dünnes Rohr (4aJ aus dem Metall oder der Legierung eine dickere Außenschicht (Ab) aus einer eisenhaltigen Legierung festsitzend aufgebracht ist

2. Hülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Außenschicht eine verdichtete Pulvermischung (11) auf die Oberfläche (10) des dünnen Rohres aufgesintert ist

3. Hülse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß auf die Außenschicht ein Stahlrohr aufgeschrumpft ist.