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Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckgießmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Druckgießmaschine ist bereits durch die DE-OS 14 58 098 bekannt. Bei dieser bekannten Druckgießmaschine mündet das Eingußsystem für das geschmolzene Metall an anderer Stelle als der Preßkanal, in dem abgedichtet der Preßkolben verschiebbar ist, in den Formhohlraum, wobei der Preßkanal einen über seine ganze Länge gleichbleibenden Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Durchmeser des Preßkolbens an seinem dicht aufgenommenen Abschnitt ist.
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Beim Druckgießen mittels der bekannten Druckgießmaschine haben sich bisweilen Oberflächenfehler und Seigerungen an demjenigen Bereich der Druckgußstücke gezeigt, an dem der Preßdruck aufgebracht wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Druckgießmaschine derart weiterzubilden, daß Oberflächenfehlern und Seigerungen im Bereich der Preßdruckbeaufschlagung vorgebeugt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Formhohlraum ein zusätzlich zu dem das zu bildende Druckgußstück formenden Formhohlraumabschnitt geschaffener Verteilraum dem Preßkanal vorgelagert ist, in den das aus dem Preßkanal verdrängte Metall divergierend strömt, und daß der Verteilraum eine zumindest ungefähr doppelt so große Querschnittsfläche wie der Preßkanal hat.
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Aus der DE-OS 21 35 471 ist eine gattungsgemäß andere Druckgießmaschine bekannt, bei der kein Nachpressen vorgesehen ist und bei der die dem Formhohlraum zugewandten Wände mit wärmeisolierten Zonen versehen sind, damit im Bereich dieser wärmeisolierten Zonen das Metall verzögert erstarrt und dort die Lunker konzentriert sind. Durch die Anordnung der wärmeisolierten Zonen am Formhohlraum kann somit gesteuert werden, wo sich im Druckgußstück die Lunker überwiegend befinden. Diese Bereiche können nachträglich mechanisch beseitigt werden oder auch nach dorthin verlegt sein, wo keine besonders hohen Festigkeitsanforderungen bestehen. Es ist somit an sich bekannt, Teile eines Druckgußstücks, die mit Lunkern angereichert sind, nachträglich mechanisch zu beseitigen. Kein Hinweis war dagegen der DE-OS 21 35 471 zu entnehmen, wie der Übergang zwischen einem Preßkanal und dem Formhohlraum zu gestalten sei.
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Aus der GB-PS 14 10 770 ist eine Druckgießmaschine bekannt, bei der wie bei der gattungsgemäßen Druckgießmaschine ein Nachpressen erfolgt. Ein erweiterter Verteilraum zwischen dem Preßkanal und dem Formhohlraum ist dabei jedoch nicht vorgesehen. Erwähnt ist in diesem Zusammenhang, daß zwei Preßkolbenkammern durch enge Kanäle mit dem Formhohlraum verbunden sind und daß eine dritte Preßkolbenkammer mit einem zentralen Abschnitt des Formhohlraums verbunden ist, in dem die Nabe eines radförmigen Druckgußstücks geformt wird. Diese Gestaltung läßt nicht erkennen, daß ein Verteilraum möglicherweise sinnvoll sein könnte.
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Da bei dem mittels der erfindungsgemäßen Druckgießmaschine hergestellten Druckgußstück derjenige Bereich abgeschnitten und entfernt werden kann, in dem die Neigung zur Entstehung von Oberflächenfehlern und Seigerungen besteht, schafft die erfindungsgemäße Druckgießmaschine Druckgußstücke, die in allen Bereichen frei von Seigerungen, Oberflächenfehlern und Lunkern sind, so daß die Vorteile des Nachpressens voll ausnutzbar sind, ohne daß dessen Nachteile in Kauf genommen zu werden brauchen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Druckgießmaschine;
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Fig. 2 und 3 sind Schnittansichten eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Druckgießmaschine und zeigen einen Preßkolben 36 sowie einen Verteilraum 32, wobei Fig. 2 den Preßkolben 36 in dessen voll zurückgezogener Stellung zeigt, während Fig. 3 den Preßkolben in dessen voll vorgeschobener Stellung zeigt;
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Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung, die eine in einem Preßkanal 17 und in anderen Teilbereichen gebildete verfestigte Schicht β zeigt;
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Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung eines mit der in Fig. 1 gezeigten Druckgießmaschine hergestellten Druckgußstücke; und
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Fig. 6 ist eine Seitenansicht des in Fig. 5 gezeigten Druckgußstücks.
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In Fig. 1 sind in üblicher Art an einem Sockel 1 Stützen 2 und 3 befestigt, die ortsfest einen Zylinder 4 tragen. Der Zylinder 4 mit einer zylindrischen Innenfläche 4 a umfaßt einen Kolben 5, der hydraulisch über eine erste und eine zweite Hydraulikleitung 6 bzw. 7 bewegbar ist, die in die einander gegenüberliegenden Enden des Zylinders 4 münden.
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Die hydraulischen Drücke werden mittels einer nicht gezeigten Ölpumpe über eine Leitung 8 zugeführt und mittels eines von einem Solenoid gesteuerten Hydraulik-Schaltventils 9 selektiv zu den Leitungen 6 bzw. 7 hin verteilt. Das mittels des Kolbens 5 aus dem Zylinder 4 herausgedrückte Öl wird über die Leitung 6 oder 7 abgeführt und über das Druck-Schaltventil 9 und ein Auslaßrohr 10 zur Pumpe zurückgeführt. An einem mittleren Teil der ersten Leitung 6 ist ein Druckschalter 11 angebracht, der an ein später beschriebenes Hydraulik-Schaltventil 42 ein elektrisches Signal abgibt, wenn von dem Hydraulikdruck in der Leitung 6 ein vorbestimmter Druckpegel überschritten wird (z. B. ein Druck, der 50 bis 80% des maximalen Gießdrucks beträgt).
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Die Bewegung des Kolbens 5 wird über eine Kolbenstange 12 auf einen Gießkolben 13 übertragen, so daß dieser gemäß der Darstellung in der Zeichnung nach recht und links gleitend in einer Gießkammer 14 bewegt wird. In der oberen Wandung der Gießkammer 14 ist eine Einfüllöffnung 15 an einer Stelle, die vom Gießkolben 13 bei dessen (in Fig. 1 gezeigter) voll zurückgezogener Stellung freigegeben ist, so daß geschmolzenes Metall wie eine Aluminiumlegierung, eine Magnesiumlegierung, eine Zinklegierung oder dergleichen eingefüllt werden kann. Am Sockel 1 ist eine feststehende Formträgerplatte 16 befestigt, die eine feststehende Formhälfte 18 und Säulen 22 trägt. Am anderen Ende der Säulen 22 ist eine weitere feste Druckplatte angebracht. Die feststehende Formhälfte 18 ist aus zwei Teilen gebildet: einem Trägerblock 19 aus duktilem Gußeisen und einem Druckblock 20 aus Stahl für Warmarbeitswerkzeug. Der Trägerblock 19 und der Druckblock 20 sind miteinander mit Hilfe von Schraubbolzen 21 fest verbunden.
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An einer bewegbaren Formträgerplatte 23 ist über weitere Platten 24 und 25 eine bewegbare Formhälfte 26 befestigt, die ebenso aus einem bewegbaren Halteblock 27 aus duktilem Gußeisen und einem bewegbaren Druckblock 28 aus Warmarbeitsstahl mit Hilfe von Schraubbolzen 29 zusammengesetzt ist.
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Ferner weist die Druckgießmaschine einen Formhohlraum 30, einen Eingießkanal 31 und einen Preßkanal 17 auf, der in den Formhohlraum 30 an einer Stelle mündet, die vom Eingießkanal 31 entfernt ist. In den Oberflächen der festen Formhälfte 18 und der bewegbaren Formhälfte 26 sind als Entlüftungsöffnungen 33 Spalte von 0,1 mm bis 0,5 mm ausgebildet. Der an den Formhohlraum 30 angrenzende Endteil des Eingießkanals 31 ist zur Bildung einer Einlaufrinne 34 verengt, so daß das vom Eingießkanal 31 her zugeführte, geschmolzene Metall mit hoher Geschwindigkeit in den Formhohlraum 30 eingegossen wird.
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In dem Mittelteil des Druckblocks 28 ist im Preßsitz ein Nachverdichtungszylinder 35 in etwa mittig zum Formhohlraum 30 eingesetzt. Der Nachverdichtungszylinder 35 nimmt eng und verschiebbar einen Preßkolben 36 auf. Der Preßkanal 17 ist durch denjenigen Teil der inneren Umfangsfläche des Nachverdichtungszylinders 35 gebildet, der über die innere Stirnfläche des Preßkolbens 36 hinausragt. Mittels des Preßkolbens 36 wird das den Preßkanal 17 füllende geschmolzene Metall zu einem Teilbereich des Formhohlraums 30 hin herausgedrückt, der dem Preßkanal 17 gegenüberliegt, d. h. zu einem Verteilraum 32 hin. Zur leichteren Wartung ist der Preßkolben 36 aus einem Verbindungsring 37 und zwei Teilen 36 a und 36 b zusammengesetzt.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen die Stirnteile des Nachverdichtungszylinders 35 und des Preßkolbens 36 sowie den Verteilraum 32. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, hat der innerste Teil 35 a des Nachverdichtungszylinders 35 einen Innendurchmesser, der geringfügig (um 0,05 bis 1,0 mm) größer als derjenige der anderen Teile des Nachverdichtungszylinders 35 ist.
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Aufgrund des Vorhandenseins dieses Teils 35 a mit vergrößertem Durchmesser hat die auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls ausgebildete erstarrte Schicht die Form eines ringförmigen Films A (siehe Fig. 3), der sich, während der Preßkolben 36 vorgeschoben wird, in dem Ringspalt befindet, der durch den Abschnitt bzw. Teil 35 a mit vergrößertem Durchmesser geschaffen ist. Der Preßkolben 36 wird im Nachverdichtungszylinder 35 verschoben, während der dünne Film A zwischen der äußeren Umfangsfläche des vorderen Endabschnitts des Preßkolbens 36 und der inneren Umfangsfläche des Nachverdichtungszylinders 35 gehalten wird. Die axiale Länge y des erweiterten Teils 35 a wird in Abhängigkeit vom Ausmaß der mittels des Preßkolbens 36 herbeigeführten Verdrängung des Metalls bemessen. Der Teil 35 a mit vergrößertem Durchmesser erstreckt sich vorzugsweise zum vorderen Ende 35 d des Nachverdichtungszylinders 35, d. h. zum dem Formhohlraum 30 zugewandten Ende des Nachverdichtungszylinders 35, von einem Innenende 35 c aus, das um eine bestimmte Strecke x vor einer Stelle 35 b liegt, die der Preßkolben 36 einnimmt, wenn er vollständig zurückgezogen ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Strecke x ist nicht größer als 10 mm und liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 3 mm. Praktisch treten jedoch auch dann keine Schwierigkeiten auf, wenn die Strecke x dadurch eliminiert ist, daß die Länge y in der Weise vergrößert ist, daß das Innenende 35 c bis zu einer Stelle verschoben ist, die sich etwas rechts von der Stelle 35 b befindet, an der sich der Preßkolben 36 in seiner vollständig zurückgezogenen Stellung befindet.
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Der Hub des Preßkolbens 36 wird so bestimmt, daß das Ende 36 c des Preßkolbens 36 auch dann nicht über das Innenende 35 d des Nachverdichtungszylinders 35hinausragt, wenn der Preßkolben 36 in seiner in Fig. 3 gezeigten voll vorgeschobenen Stellung 35 e steht, so daß der Preßkolben 36 nicht direkt in den Verteilraum 32 des Formhohlraums 30 vorsteht. In der Praxis entstehen jedoch auch dann keine Schwierigkeiten, wenn der Preßkolben 36 etwas in den Verteilraum 32 vorsteht.
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Der Verteilraum 32 ist in einem Abschnitt des Formhohlraums 30 dem Preßkanal 17 zugewandt ausgebildet. Die Größe des Verteilraums 32 ist so gewählt, daß er über seine ganze Erstreckung eine Querschnittsfläche besitzt, die ungefähr zweimal so groß ist wie die Querschnittsfläche der Bohrung des Nachverdichtungszylinders 35. Das im Verteilraum 32 erstarrte Metall wird vom fertigen Druckgußstück abgeschnitten und entfernt.
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Am äußeren Ende des Preßkolbens 36 ist ein Kolben 38 angeschlossen, der zum Vorschieben und Zurückziehen des Preßkolbens 36 innerhalb eines Zylinders 39 verschiebbar ist. In den Zylinder 39 münden eine dritte und vierte Leitung 40 bzw. 41. Ein mit einem Solenoid gesteuertes Öldruck-Schaltventil 42 steuert die Bewegung des Kolbens 38. Der Zylinder 39 ist mit Hilfe von Schraubbolzen 43 an der Platte 24 festgelegt, so daß der Zylinder 39 zusammen mit der bewegbaren Formhälfte 26 bewegbar ist.
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Die Druckgießmaschine hat weiter in üblicher Art Auswerferstifte 44, einen Auswerferkolben 49, eine Auswerferplatte 45, Auswerferstäbe 46, eine Auswerferplatte 47 und eine Auswerfer-Betätigungsstange 48. Der Auswerferkolben 49 ist innerhalb eines Auswerferzylinders 50 mittels einer fünften und einer sechsten Leitung 51 bzw. 52 und eines solenoidgesteuerten Öldruck- Schaltventils 53 gesteuert.
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Während des Druckgießens mittels der vorstehend beschriebenen Druckgießmaschine wird der Preßkolben 36 nach dem Füllen des Formhohlraums 30 mit Schmelze unter einem Preßdruck vorwärts bewegt, der in einem Bereich zwischen einem minimalen Druck und demjenigen Druck liegt, der zur Rückwärtsverschiebung des Gießkolbens 13 notwendig ist. Dadurch wird geschmolzenes Metall aus dem Preßkanal 17 heraus in den Formhohlraum 30 zurückgedrängt.
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Das Pressen dauert an, bis das Metall im Formhohlraum 30 vollständig verfestigt ist. Der minimale Druck beim Pressen soll hoch genug sein, um den Teil α der Schmelze aus dem Preßkanal 17 in den Verteilraum 32 zu drücken. Dieser minimale Druck muß höher als der vom Gießkolben 13 ausgeübte Gießdruck sein, und zwar um einen Betrag, der der Summe aus dem Reibungswiderstand, der durch die Reibung zwischen der Innenwand des Nachverdichtungszylinders 35 und der verfestigten Schicht β (siehe Fig. 4) im Preßkanal 17 während der Vorwärtsbewegung des Preßkolbens 36 erzeugt wird, und dem Widerstand entspricht, der infolge der Scherungsverformung der am vorderen Ende 35 d der inneren Umfangsfläche des Nachverdichtungszylinders 35 gebildeten, verfestigten Schicht β entsteht. Für eine möglichst gleichmäßige Verteilung des vom Preßkolben 36 ausgeübten Drucks auf die Schmelze in demjenigen Formhohlraumabschnitt, der das zu bildende Druckgußstück formt, sorgt der Verteilraum 32, der in Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Preßkolbens 36 eine Querschnittsfläche hat, die zumindest ungefähr doppelt so groß wie die des Preßkanals 17 ist.
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Während des Pressens wird der noch flüssige Teil α der Schmelze mittels des Preßkolbens 36 aus dem Preßkanal 17 heraus in den Formhohlraum 30 gedrückt, und zwar in dessen den Verteilraum 32 bildenden Abschnitt, wobei die verdrängte Schmelze eine divergierende Strömung bildet. Während dieses Vorgangs wird die Schicht β entlang der inneren Umfangsfläche des Nachverdichtungszylinders 35 verschoben, nachdem sie an dessen vorderem Ende 35 d im Bereich γ abgeschert worden ist. Dieser Abschervorgang hält gegebenenfalls an, solange der Preßkolben 36 noch verschoben wird. Nach dem Erstarren des Druckgußstücks im Formhohlraum 30 wird das Druckgußstück auf übliche Weise ausgeworfen. Das Druckgußstück hat beispielsweise eine Form, wie sie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, wobei in diesen Figuren verschiedene Abschnitte des Druckgußstücks mit denjenigen Bezugszeichen bezeichnet sind, die vorstehend für diejenigen Elemente der Druckgießmaschine eingeführt worden sind, in bzw. bei denen die entsprechenden Abschnitte des Druckgußstücks entstehen. Nach dem Druckgießen werden diejenigen Abschnitte bzw. Teile des Druckgußstücks, die in der Gießkammer 14, dem Eingießkanal 31 und den Entlüfungsöffnungen 33 erstarrt sind (kreuzschraffierte Teile R in den Fig. 5 und 6) weggeschnitten. Dann wird der im Verteilraum 32 verfestigte Teil des Druckgußstücks ( kreuzschraffierter Teil S in den Fig. 5 und 6) mittels einer Drehbank vom Druckgußstück abgestochen. Dadurch ergibt sich das fertige Druckgußstück.
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Im Verteilraum 32 erstarrt die Schmelze unter dem direkt vom Preßkolben 36 ausgeübten Preß- bzw. Nachverdichtungsdruck. Daher wird die im Verteilraum 32 gebildete Schicht β abgeschert, bevor sie ausreichend gewachsen ist. Dies führt im Bereich der Abscherung zu einem Oberflächenfehler, der auf unerwünschte Weise die mechanische Festigkeit des Druckgußstücks herabsetzen würde. Da ferner für die Kristallisation der verschiedenen Legierungsbestandteile der Schmelze verschiedene Zeiten notwendig sind, verbleibt derjenige Legierungsbestandteil, der zuerst kristallisiert, im Verteilraum 32, während die anderen, noch flüssigen Legierungsbestandteile aufgrund des vom Preßkolben 36 ausgeübten Drucks aus dem Verteilraum 32 herausgedrückt weden, was die Entstehung von Seigerungen verstärkt, die die Bearbeitbarkeit und besonders die spanabhebende Bearbeitung des Druckgußstücks beeinträchtigt.
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Daher ist es bei Druckgußstücken, die im Betrieb hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und/oder die eine genaue Fertigbearbeitung aufweisen sollen, zweckmäßig, die im Verteilraum 32 verfestigten Teile des Druckgußstücks zu entfernen. Das in den Fig. 5 und 6 gezeigte Druckgußstück dient als Seitengehäuse einer Rotationspumpe. In diesem Fall wird die durch das Entfernen des im Verteilraum 32 erstarrten Metalls entstandene Bohrung zweckmäßigerweise als Bohrung für eine Welle der Pumpe benutzt.
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Die Schmelze, die in den übrigen Abschnitten des Formhohlraums 30 (und nicht in dessen den Verteilraum 32 bildenden Abschnitt) erstarrt, ist nicht der unmittelbaren Einwirkung durch den Preßkolben 36 ausgesetzt und weist daher die vorstehend erläuterten Oberflächenfehler und Seigerungen nicht auf.