PROCESS FOR PRESSURE CASTING, AND PRESSURE CASTING MACHINE FOR CARRYING OUT THIS PROCESS

Abstract: 1. A method of pressure diecasting metallic melts aggressive relative to iron alloys with the aid of a pressure diecasting machine of the hot chamber type of construction comprising an upright casting chamber (11) in a pump block (30) which consists of an iron metal, in particular of cast iron, and which is immersed into the metallic melt (35), with the casting chamber (11) being closed at the bottom and provided with a protective liner, wherein, in the lower region of the pump block at the casting chamber (11), there are provided an inlet opening (21) connected via a supply channel (31) to an inlet valve (42) and an outlet opening (22) for the metallic melt leading via a casting channel (32) to a casting die ; a casting piston (16) which is displaceably arranged in a guide cylinder (27) which adjoins the casting chamber (11) from above and is introducable into the casting chamber (11), via a casting drive, with a front piston (14) having a substantially smaller diameter than that of the casting chamber (11), being mounted at the pressure face of the casting piston (16), and wherein a constant mass of gas (47) is enclosed during the die filling process in the space bounded by the exposed surfaces of the casting piston (16) and front piston (14), of the guide cylinder (27), of the casting chamber (11) and also of the metallic melt present in the latter, and is compressed by the casting piston (16) and front piston (14) which are advanced relative to the casting chamber (11) in order to press the metallic melt (35) through the casting channel (32) into the casting die, characterized in that by appropriate adjustment of the quantity of the enclosed gas (47) prior to the downward movement of the piston (14, 16) the front piston (14) is immersed into the metallic melt (35) before termination of the downward movement of the casting piston, and before complete filling of the casting die, so that the metallic melt (35) is simultaneously pressure loaded both by the front piston (14) which is being immersed therein and also by the gas (47) which is highly compressed as a result of the rapid shrinkage of the gas filled ring space around the front piston (14) occurring from the start of immersion of the front piston onwards.

Description: Verfahren zum Druckgiessen und Druckgiessmaschine zur Ausführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckgiessen gegenüber Eisenlegierungen aggressiver Metalischmelzen mit Hilfe einer Druckgiessmaschine der Warmkammerbauart mit einer aufrechtstehenden, unten geschlossenen und mit einer Schutzauskleidung versehenen Giesskammer in einem aus einem Eisenmetall, insbesondere Gusseisen bestehenden, in die Metallschmelze getauchten Pumpenblock, in dessen unterem Bereich an der Giesskammer eine über einen Zufuhrkanal an ein Einlassventil angeschlossene Eintrittsöffnung und eine über einen Giesskanal zu einer Druckgiesskokille führende Austrittsöffnung für die Metallschmelze vorgesehen sind, mit einem Giesskolben, der in einem von oben an die Giesskammer anschliessenden Führungszylinder verschiebbar angeordnet und durch einen Giessantrieb in die Giesskammer einführbar ist und an dessen Druckfläche ein Vorkolben mit einem deutlich geringeren Durchmesser als derjenige der Giesskammer angebracht ist, wobei in dem von den freien Oberflächen von Giess- und Vorkolben, Führungszylinder und Giesskammer sowie der in den letzteren befindlichen Metallschmelze umgrenzten Raum eine konstante Gasmasse eingeschlossen ist und durch den gegen die Giesskammer vorgeschobenen Giess- und Vorkolben komprimiert wird, um die Metallschmelze durch den Giesskanal in die Druckgiesskokille zu pressen. Weiter betrifft die Erfindung eine Druckgiessmaschine zur Ausführung dieses Verfahrens. Bei einer bekannten Druckgiessmaschine (GB-PS 545 268) tritt der mit einer gehärteten Oberfläche versehene Giesskolben aus einem Führungszylinder in die Giesskammer ein, wobei jedoch zwischen dem Giesskolben und der Wand der Giesskammer ein deutlicher Abstand verbleibt.Die Dimensionierung ist so getroffen, dass zwischen der Metallschmelze und dem Giesskolben stets ein mehr oder weniger zusammengedrücktes Luftpolster verbleibt, so dass der Giesskolben zu keiner Zeit mit dem geschmolzenen Metall oder der Wand der Giesskammer in Berührung kommt. Bei derartigen Druckgiessmaschinen wird der Pumpenblock im allgemeinen in einer Metallschmelze angeordnet, so dass allein durch öffnung eines Ventils geschmolzenes Metall bei zurückgezogenem Giesskolben in die Giesskammer einströmen kann. Nach Schliessen des Ventils und durch Niederdrücken des Giesskolbens kann dann das geschmolzene Metall vorzugsweise über einen Schwanenhals in die Druckgiesskokille befördert und unter einen Druck von mehreren 100 bar gesetzt werden. Es ist auch schon bekannt (DE-OS 29 02 639), an dem unteren Ende eines Giesskolbens einen Vorkolben vorzusehen, welcher beim Niedergehen des Giesskolbens ein über der Metallschmelzenoberfläche befindliches Gasvolumen komprimiert. Die Nachteile dieser vorbekannten Druckgiessmaschinen lassen sich wie folgt zusammenfassen: Unter Zugrundelegung einer vorbestimmten Giesskolbengeschwin- digkeit (Einpressgeschwindigkeit) bei der Formfüllung ist die am Ende des Einpresshubes erreichbare Druckerhöhung begrenzt. Um einen bestimmten, nicht zu niedrigen Enddruck nach voll zogenem Formfüllvorgang zu erzielen, muss bei den bekannten Bauarten eine grosse Gasmasse und ein langer Kolbenhub verwendet werden. Aus diesem Grunde ist die Formfüllzeit verlängert, wodurch das Giessmetall im Kokillenhohlraum partiell erstarren und das vollständige Füllen des letzteren behindert werden kann. Der für die Verdichtung des Gusswerkstückes wichtige Nachdruck bleibt dann wirkungslos. Es ist auch schon eine Spritzgiessmaschine bekannt (DE-PS 678 949), bei der eine zum Füllen der Form dienende Niederdruckquelle und ein zur Erzeugung des erhöhten Druckes dienen der Kolben vorgesehen sind, der auf das zum Füllen der Form benutzte Niederdruckmittel einwirkt. Hier wird also zum Füllen der Form eine besondere Niederdruckquelle eingesetzt, während der am Schluss des Füllvorganges erforderliche erhöhte Druck von dem dann niedergehenden Kolben aufgebracht wird. Auch bei dieser vorbekannten Spritzgiessmaschine kommt der Kolben mit der Metallschmelze nicht in Berührung. Bei dieser bekannten Spritzgiessmaschine ist zwar der Bedarf an Druckgas geringer als bei den beiden eingangs beschriebenen Druckgiessmaschinen, doch ist stattdessen im vorliegenden Fall eine besondere Niederdruckgasquelle erforderlich, was einen erhöhten Aufwand und Störanfälligkeit bedeutet. Es ist weiter bekannt (DE-PS 27 21 928), dass das den Ausspritzkanal durchströmende geschmolzene Metall die Wandung des Ausspritzkanals angreifen und eine teilweise Auflösung des Wandungsmaterials bewirken kann, was wiederum die Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls verändern wird. Um dies zu vermeiden, hat man bereits den Ausspritzkanal, der von der Pumpe in Form eines Anschlusshalses zur Druckgiesskokille führt, mit einer keramischen, zirkonhaltigen Auskleidung versehen.-Um einen derartig ausgekleideten Ausspritzkanal nicht durch den hohen Innendruck des geschmolzenen Metalls beim Betrieb der Druckgiessmaschine zum Reissen zu bringen und den Ausspritzkanal ferner über seine gesamte Länge gegen einen Angriff durch das geschmolzene Metall zu schützen, weist die keramische Auskleidung eine Porosität auf, damit ein Teil des geschmolzenen Metalls die Auskleidung durchdringen und diese somit beidseitig vom Giessdruck beaufschlagt werden kann. Hierdurch wird die Gefahr verringert, dass die Auskleidung beim Betrieb der Pumpe reisst. Giesskolben und Giesszylinder können aus einem keramischen Werkstoff bestehen, der gegen Korrosion und Verschleiss sehr widerstandsfest ist. Bei einer weiteren bekannten Druckgiessmaschine NS-PS 34 69 621) ist ein Giesszylinder aus einem harten, dichten, keramischen Werk stoff im erweiterten pumpenseitigen Ende des Schwanenhalses angeordnet, wobei zwischen der Aussenfläche des Giesszylinders und der Wandung des Schwanenhalses ein Abstand vorliegt, damit der Giesszylinder innen und aussen vom gleichen Druck beaufschlagt ist, wodurch keine Biege- oder Zugkräfte auf den Giesszylinder wirken, die zum Bruch führen könnten. Das Ziel der Erfindung besteht nun darin, bei einer vorbe stimmten Giesskolbengeschwindigkeit einen erheblich steileren Druckanstieg am Ende des Einpresshubes und zugleich bei einem vorgegebenen Giesskolbenhub einen grösseren Enddruck ohne einen erheblichen Steuerungs- und baulichen Aufwand und ohne eine Gefahr der Beschädigung oder des Bruches von Bauteilen zu erzielen. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass durch Begrenzung der eingeschlossenen Gasmasse der Vorkolben im Verlauf seiner Vorschubbewegung vor vollständiger Füllung der Druckgiesskokille in die Metallschmelze eingetaucht wird, so dass die Metallschmelze gleichzeitig sowohl durch den in sie eintauchenden Vorkolben als auch durch das infolge einer vom Beginn des Eintauchens des Vorkolbens an auftretenden raschen Schrumpfung des gasgefüllten Ringraumes um den Vorkolben herum hochkomprimierte Gas druckbeaufschlagt wird. Die bevorzugte Druckgiessmaschine zur Ausführung dieses Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass die eingeschlossene Gasmasse auf einen solchen Wert begrenzt ist, dass der Vorkolben im Verlaufe seiner Vorschubbewegung vor vollständiger Füllung der Druckgiesskokille in die Metallschmelze eintaucht, und dass der Vorkolben als ein gegen die aggressive Metallschmelze beständiger Verdrängungskörper ausgebildet ist. Um die Giesskammerwandung vor Korrosion zu schützen und gleichzeitig die Bruchgefahr für Keramikteile herabzusetzen, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform vor, dass in der Giesskammer eine gegen die Metallschmelze beständige Schutzhülse angeordnet ist, die mit einem geringfügig kleineren Aussendurchmesser als der Giesskammerdurchmesser und mit einem deutlich grösseren Innendurchmesser als der Durchmesser des Vorkolbens ausgebildet ist und, über ihre Länge und ihren Umfang verteilt, mehrere durchgehende öffnungen sowie mit der Schmelzeintritts- bzw. sustrittsöffnung der Giesskammer ausgerichtete Durchtrittsöffnungen aufweist. Im Vergleich zu den vorbekannten Druckgiessmaschinen liegt also erfindungsgemäss eine erhebliche Verringerung der eingeschlossenen Gasmenge und eine Verkürzung des Einpresshubes vor, was nebst einer sich rasch vollziehenden Formfüllung einen schnelleren, exponentiell verlaufenden Druckanstieg gegen Ende des Formfüllvorganges und einen höheren Enddruck ohne eine Erhöhung der Giesskolbengeschwindigkeit zur Folge hat. Dadurch wird auch eine wirksame Verdichtung des entstehenden Gusswerkstückes sichergestellt. Der in die Metallschmelze eintauchende Vorkolben gestattet den Kolbenhub, der zum Erreichen für eine vollständige Formfüllung und für die Nachverdichtung ausreichender Gasdrücke erforderlich ist, kürzer zu halten. Wegen der kleinen ringförmigen Berührungsfläche zwischen Druckgas und Metallschmelze ist die Gefahr für das Eindringen von Gas in die Schmelze sowie im Falle eines nicht inerten Gases dessen korrosive Wirkung gering. Es ist daher zwischen Gas und Metallschmelze erfindungsge mäss kein besonderes Trennmittel erforderlich. Für den Vorkolben und die Schutzhülse werden vorzugsweise Keramikmaterialien verwendet. Sie können aus demselben oder auch aus geeigneten unterschiedlichen Keramikwerkstoffen ausgebildet sein. Der keramische Werkstoff des Vorkolbens wird mechanisch lediglich auf Druck beansprucht und muss im übrigen lediglich der beim erstmaligen Eintauchen in die Schmelze auf tretenden schockartigen thermischen Beanspruchung widerstehen können. Die Schutzhülse arbeitet erfindungsgemä# mit dem Vorkolben in der Weise zusammen, dass ihre Innenfläche die strömende Metallschmelze führt und ihr daher die Wirkung eines Zylinders zukommt Aufgrund der in der Schutzhülse vorgesehenen Öffnungen ist die Gefahr von Verstopfungen wesentlich kleiner als bei der Verwendung poröser Keramik. Bei schnellen Druckänderungen ist erfindungsgemäss der Druckverlust über die gelochte massive Keramikwand geringer als bei einer porösen Wand. Weiter besteht bei einem massiven Keramikwerkstoff die Möglichkeit, Lochgrösse und Lochabstand so zu wählen, dass ein geringstmöglicher Druckverlust auftritt. Erfindungsgemäss wird also der Giesskolben durch das Druckübertragungsgas und die Giesskammer durch die vorzugsweise aus Keramik bestehende Schutzhülse vor der aggressiven Metallschmelze geschützt. Das Druckübertragungsgas kann entweder Stickstoff oder ein gegenüber einer Aluminium- oder Aluminiumlegierungsschmelze inertes anderes Gas verwendet werden. Der Durchmesser der öffnungen in der Schutzhülse sowie die Breite des Ringspaltes und des weiter unten erwähnten Bodenspaltes liegen in der Grössenordnung von einigen wenigen Millimetern. Um auch den Boden des Giesszylinders vor den aggressiven Einflüssen der Metallschmelze zu schützen, soll die Schutzhülse zweckmässigerweise einen Boden aufweisen, der ebenfalls wenigstens eine durchgehende öffnung kleinen Querschnitts aufweisen kann. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet. Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer als Förder pumpe für flüssiges Aluminium oder Aluminium legierungen dienenden Giesseinheit einer Druck giessmaschine der Warmkammerbauart, Fig. 2 eine vergrösserte perspektivische schematische Ansicht der Schutzhülse 13, die Fig. 3, 4 und 5 verkleinerte schematische Wiederoaben der Giesseinheit nach Fig. 1 in drei verschiedenen Betriebspositionen und Fig. 6 ein Diagramm, welches bei offenem Giesskanal den Verlauf der Metallschmelzenhöhe in der Giesskam mer bzw. den Druck in der Giesskammer in Abhängig keit von der Zeit veranschaulicht. Nach Fig. 1 erstreckt sich oberhalb eines aus Gusseisen bestehenden Pumpenblocks 30 mit einer vertikal darin angeordneten Giesskammer 11 ein Führungszylinder 27, in dem ein Giesskolben 16 vertikal verschiebbar angeordnet ist. Der Giesskolben 16 kann durch einen nicht dargestellten Giessantriebszylinder mit einer den Giessdruck erzeugenden Kraft K beaufschlagt werden. An seinem unteren Ende setzt sich der Giesskolben 16 in einen mit ihm koaxialen zylindrischen Vorkolben 14 fort, der einen deutlich geringeren Durchmesser als eine in der Giesskammer 11 angeordnete Schutzhülse 13 aufweist. Eine Kupplung 34 verbindet den Giesskolben 16 mit dem Vorkolben 14. Die Kupplung 34 hat im Hinblick auf die Wärmedehnung ein Spiel. Sie stellt daher eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Giess- und Vorkolben dar. Der Führungszylinder 27, der Kolbenstössel 33, der Giesskolben 16 und die Kupplung 34 bestehen vorzugsweise aus üblichen Eisenwerkstoffen. Der Gusseisen-Pumpenblock 30 ist in die zu vergiessende Aluminiumschmelze 35 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise eingetaucht, d.h., dass er oben aus der Schmelze 35 austaucht, dass jedoch ein im Pumpenblock 30 vorgesehener Metallzufuhrkanal 31 untergetaucht ist. Die in die Giesskammer 11 eingesetzte, aus Keramik bestehende Schutzhülse 13 ist kreiszylindrisch ausgebildet und weist einen geringfügig kleineren Durchmesser als die zylindrische Giesskammer 11 auf, so dass zwischen der Schutzhülse 13 und der Wand der Giesskammer 11 ein enger Ringspalt 18 vorliegt, dessen Breite 0,5 bis 2 mm betragen kann. Die Schutzhülse 13 erstreckt sich axial bis zum Boden 26 der Giesskammer 11, wo sie sich abstützt Oben reicht die Schutzhülse 13 annähernd bis zur oberen Fläche des Pumpenblocks 30. Die dortige obere Stirnfläche 28 der Schutzhülse 13 liegt etwas tiefer als eine sie unmittelbar umgebende Ringfläche 29 auf der Oberseite des Pumpenblocks 30. Die#Ringfläche 29 geht über eine Ringstufe 37 in die obere Fläche 38 des Pumpenblocks 30 über, so dass zwischen dem Giesskolben 16 und der Ringstufe 37 ein Ringraum entsteht, in den ein Ringvorsprung 39 des Führungszylinders 27 passend eingreifen kann. Zwischen der Stirnfläche 28 der Schutzhülse 13 und den Ringvorsprung 39 des Führungszylinders 27 ist ein deui- liches Spiel belassen, damit die Schutzhülse 13 durch die Wärmedehnungen nicht axial verspannt wird. Zwischen der von dem Ringvorsprung 39 radial nach aussen sich erstreckenden Stirnfläche 40 des Führungszylinders 27 und der oberen Fläche 38 des Pumpenblocks 30 befindet sich eine scheibenförmige Ringdichtung 41, welche die Abdichtung der Giesskammer 11 nach aussen besorgt. Die Schutzhülse 13 ist also in kaltem Zustand wegen des zwischen der Stirnfläche 28 und der Ringfläche 29 vorhandenen Spiels und in betriebswarmen Zustand wegen der grösseren Wärme dehnung der gusseisernen Giesskammer 11 nie axial verspannt und wird in dieser Richtung auch nicht belastet. Auch der Ringvorsprung 39 des Führungszylinders 27 wird nicht gegen die Ringfläche 29 des Pumpenblocks 30 verspannt. Lediglich die Stirnflächen 38 bzw. 40 des Pumpenblocks 30 bzw. des Führungszylinders 27 werden über die Ringdichtung 41 gegeneinander verspannt. In der Wand der Schutzhülse 13 sind nach Fig. 1 und 2 gleichmässig verteilt mehrere durchgehende Öffnungen in Form kreisförmiger Bohrungen 15 mit einem Durchmesser von 1 bis 5 mm vorgesehen. Im unteren Bereich weist die aus Keramik bestehende Schutzhülse 13 an in etwa diametral gegenüberliegenden Seiten Metallschmelzendurchtrittsöffnungen 23, 24 auf, die mit einem Metall-Zufuhrkanal 31 bzw. einem Giesskanal 32 in dem Pumpenblock 30 ausgerichtet sind. Die Schutzhülse 13 weist ausserdem einen mit ihr aus einem Stück bestehenden Boden 20 auf, der ebenfalls durchgehende Kreisbohrungen 15 gleichen Durchmessers aufweist und auf dem Giesskarnmerboden 26 aufliegt. Zwischen Giesskammerboden 26 und dem Boden 20 der Schutzhülse 13 könnte auch vermittels eines geringen axialen Vorsprunges des zylindrischen Teils der Schutzhülse 13 ein Bodenspalt etwa gleicher Breite wie der Ringspalt 18 vorgesehen werden. Ein am Eingang des Metallzufuhrkanals 31 angeordnetes Einlassventil 42 weist einen vollkeramischen Ventilkörper 43 mit einem Ventilschaft von gleicher Beschaffenheit auf. Auch der Ventilsitz 44 besteht aus keramischem Werkstoff. An das Ventil 42 schliesst sich ein erweiterter Abschnitt 45 des Metallzufuhrkanals 31 an, der den Abschnitt 45 mit der Metallschmelzeneintrittsöffnung 21 an der Giesskammer 11 verbindet. Der Zufuhrkanal 31 weist zusammen mit dem erweiterten Abschnitt 45 je eine rohrförmige keramische Auskleidung 46 auf. An die Metallschmelzenaustrittsöffnung 22 schliesst ein Giesskanal 32 an, welcher ebenfalls eine rohrförmige Auskleidung 46 trägt und schräg nach oben verläuft, um einen Teil des nicht dargestellten üblichen Steigkanals, des sogenannten Schwanenhalses, zu bilden, der zur ebenfalls nicht dargestellten Druckgiesskokille führt. Die rohrförmigen Auskleidungen 46 sind ähnlich wie die Schutzhülse 13 mit einem grobmaschigen Lochraster, bestehend aus durchgehenden Kreisbohrungen 15 versehen, deren Durchmesser gleich demjenigen der Bohrungen 15 der Schutzhülse ist. Der axiale Abstand der Bohrungen 15 auf einer Mantellinie von Schutzhülse 13 und Auskleidungsrohr 46 beträgt jeweils 50 bis 70 mm, während in Umfangsrichtung die Schutzhülse 13 vier und die Auskleidungsrohre 46 zwei Bohrungen 15 jeweils längs eines auf der Mantelfläche normal zu den Mantellinien liegenden Kreises aufweisen. Im Boden 20 der Schutzhülse 13 können zweckmässig auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 40 mm vier Bohrungen 15 vorgesehen sein. Zwischen der Schmelzenoberfläche und dem Giesskolben 16 befindet sich in der Giesskammer 11 ein Druckübertragungsgas 47, dessen Masse gegenüber derjenigen bei bekannten gattungsgemässen Druckgiessmaschinen kleiner ist. Der Führungszylinder 27 und der Giesskolben 16, die aus Metalllegierungen bestehen, kommen mit der Metallschmelze 35 nicht in Berührung. Die Schutzhülse 13 und der Vorkolben 14, die Bestandteile des Einlassventils 42 wie der Ventilkörper 43 mit Ventilschaft und der Ventilsitz 44 sowie die nicht gezeigte Giessdüse sieht man besonders vorteilhaft als vollkeramische Körper vor. Es wird dabei bevorzugt für den Vorkolben 14 Aluminiumtitanat, für die Schutzhülse 13 Aluminiumtitanat oder Aluminiumoxid und für die Bestandteile des Einlassventils 42 sowie für die Giessdüse Siliziumnitrid verwendet. Für die Auskleidung 46 des Metallschmelzen-Zufuhrkanals 31, dessen erweiterten Abschnittes 45 und des Giesskanals 32 eignet sich Aluminiumoxid. In Fig. 1 ist der Giesskolben 16 mit dem Vorkolben 14 in der unteren Endstellung am Ende eines Formfüllvorganges dargestellt. Nur in diesem unteren Endbereich seines Hubes dringt der Giesskolben 16 etwas in die Schutzhülse 13 ein, wobei durch Vorsehen eines grösseren Spiels Reibung zwischen Giesskolben 16 und der Schutzhülse 13 vermieden wird. Die Kanäle 31, 32, der erweiterte Abschnitt 45 des ersteren und der Giesskammer 11 sind bis auf den vom Druck übertragungsgas 47 eingenommenen kurzen Ringraum mit Metallschmelze 35 gefüllt. Nach einem derartigen Formfüllvorgang, bei dem in der Druckgusskokille Drücke von einigen 100 bar erzielt werden können, wird der Giesskolben 16 und dem Vorkolben 14 so weit zurückgezogen, dass der Vorkolben 14 sich vollständig oberhalb der Schutzhülse 13 befindet. Während des Rückzugs der Kolben 14, 16 wird das Einlassventil 42 durch seinen Betätigungsantrieb geöffnet. Die den Pumpenblock 30 umgebende Schmelze 35 strömt dann durch das Einlassventil 42, den Metallzufuhrkanal 31 und die Eintrittsöffnung 21 in die Giesskammer 11. Im zurückgezogenen Zustand des Vorkolbens 14 befindet sich zwischen dem Vorkolben 14, dem Giesskolben 16 und der Schmelzenoberfläche das nunmehr entspannte Druckübertragungsgas 47. Der Ringspalt 18 zwischen der Schutzhülse 13 und der Giesskammer 11 ist ständig mit Metallschmelze 35 gefüllt. Nach erfolgter Zufuhr einer erforderlichen Schmelzenmenge wird das Einlassventil 42 durch den Betätigungsantrieb geschlossen und während des Formfüllvorgangs zusätzlich durch den in der Giesskammer 11 vorherrschenden Einpressdruck in Schliessrichtung beaufschlagt. Der anschliessende Formfüllvorgang wird nunmehr anhand der Fig. 3 bis 6 im einzelnen beschrieben. In Fig. 3 ist der Giesskolben 16 im vollständig zurückgezogenen Zustand gezeigt. Die in der Giesskammer 11 aufgestiegene Metallschmelze 35 drückt das Druckübertragungsgas 47 schon etwas zusammen. Der Pegel der Metallschmelze 35 nach deren Einfüllen in die Giesskammer 11 ist mit A h = 0 (h=ho) bezeichnet, wie dies in Fig. 6 zum Zeitpunkt O am Beginn der Kurve 9h wiedergegeben ist. Der Druck zu diesem Zeitpunkt liegt bei etwa 1 bar. Bei stetigem Niederdrücken des Giesskolbens 16 verdichtet sich das Druckübertragungsgas 47-stetig, so dass der Druck P gemäss dem Diagramm in Fig. 6 langsam um einige bar ansteigt. Aufgrund des Druckanstiegs wird die Schmelze ebenfalls stetig durch den Giesskanal 32 aus der Giesskammer 11 verdrängt, so dass der Pegel der Metallschmelze 35 in der Giesskammer 11 gemäss der Kurve nh um den entsprechenden Betrag absinkt. Die Menge des Druckübertragungsgases 47 zwischen dem Giesskolben 16 und dem Vorkolben 15 und der Metallschmelze 35 ist nun erfindungsgemäss so bestimmt, dass der Vorkolben 14 vor dem Ende der Abwärtsbewegung des Giesskolbens 16 mit der Metallschmelze 35 in Berührung kommt. Bei dem in Fig. 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird diese Berührung erreicht, wenn der Pegel der Metallschmelze bis zum Knickpunkt der Kurve & h abgesunken ist. Anschliessend dringt dann der Vorkolben 14 gemäss Fig. 4 in die Metallschmelze 35 ein und verdrängt diese teilweise in den ihn umgebenden Ringraum, so dass der Pegel der Metallschmelze gemäss dem Kurvenverlauf Ah in Fig. 6 sprungartig wieder ansteigt, und zwar sogar auf einen höheren Wert als der Anfangspegel gemäss den Fig. 3 und 6. Dieser Zustand ist in Fig. 5 schematisch wiedergegeben. Von dem Moment des Eintauchens des Vorkolbens 14 in die Metallschmelze 35 an wird das Druckübertragungsgas 47 in dem den Vorkolben 14 umgebenden Ringraum sehr schnell ausserordentlich stark komprimiert, so dass der Druck P im relativ kurzen weiteren Verlauf des Kolbenhubes steil ansteigt, was in Fig. 6 durch die Kurve P veranschaulicht ist. Die Aufnahme des Diagramms nach Fig. 6 erfolgte aus messtechnischen Gründen mit offenem Giesskanal 32, d.h. ohne Druckgiesskokille. Unter praktischen Giessbedingungen ist der Anstieg des Drucks P nach dem Eintauchen des Vorkolbens 14 in die Metallschmelze 35 noch erheblich steiler und ausgeprägt exponentiell. Nach vollendetem Formfüllvorgang kann ein Enddruck von einigen 100 bar erreicht werden, der zum Verdichten des Gussgefüges im Kokillenhohlraum dient. Während des Kolbenrückzuges jeweils nach einem Formfüllvorgang erfolgt je nach Art des Gusswerkstückes bzw. des Kokillenhohlraumes und der zu vergiessenden Legierung auch unmittelbar vor Beginn des nächsten Einpresshubes die Zufuhr einer gewissen Gasmenge aus der Druckgussquelle. Dies ist erforderlich, damit einerseits vor dem Öffnen des Einlassventils 42 während des Kolbenrückzuges die Bildung von Vakuum in der Giesskammer 11 und ein Aufspritzen der dadurch hereingerissenen Schmelze auf den metallenen Giesskolben 16 oder die ebensolche Wandung des Führungszylinders 27 vermieden wird. Andererseits kann man zum Einstellen eines optimalen Druckverlaufes und einer entsprechenden Hublänge im Formfüllvorgang das Druckgas um einige bar über den Atmosphärendruck hinaus vorspannen. Ein wesentliches Charakteristikum des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass durch das Eintauchen des Vorkolbens 14 in die Metallschmelze 35 die Schmelzenoberfläche um den Vorkolben 14 herum entgegen der zusammen mit diesem nach unten bewegten Ringfläche des Giesskolbens 16 stark angehoben wird, wodurch sich gegen Ende des Formfüllvorganges ein extrem schneller Druckanstieg erreichen lässt. Die Schmelze im Ringspalt 18 zwischen der Schutzhülse 13 und der Innenwand der Giesskammer 11 erfährt während des beschriebenen Formfüllvorganges denselben Druck wie die Metallschmelze 35 im Innern der Schutzhülse 13, bleibt jedoch an deren Strömungsbewegung unbeteiligt. Sie führt einen Druckausgleich zwischen der inneren und der äusseren Wandfläche der Schutzhülse 13 herbei und überträgt gleichzeitig den Druck an die gusseiserne Wandung der Giesskammer 11. Somit übernimmt die letztere die Druckbelastung, während die unbelastete Schutzhülse 13 lediglich die Strömung führt. Da die Schmelze im Ringspalt 18 und im Bodenspalt stillsteht, greift sie die Giesskammerwandung nicht an, sondern geht mit der Wandoberfläche aus Gusseisen eine ständig flüssig bleibende Verbindung ein, deren Eisengehalt gesättigt ist und daher stabil bleibt. Aufgrund der erfindungsgemässen Ausbildung lässt sich die Schutzhülse 13 auch leicht auswechseln, indem der Führungszylinder 27 mit den zurückgezogenen Kolben 14, 16 abgenommen wird. Aufgrund des deutlichen Ringspaltes 18 und der zylindrischen Ausbildung kann nunmehr die Schutzhülse 13 zwanglos axial entnommen und gegebenenfalls nach Reinigung wieder eingesetzt oder durch eine neue ersetzt werden. Der lediglich der Herstellung dienende äussere Endabschnitt des Metallzufuhrkanals 31 ist mit einer Metallschraube ver schlossen, deren der Schmelze zugewandte Endfläche durch eine Keramikplatte geschützt ist. Diese Keramikplatte kann z.B. aus Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid gefertigt sein. Der Verbrauch von Druckübertragungsgas ist sehr gering.

Claims: Verfahren zum Druckgiessen und Druckgiessmaschine zur Aus führung dieses Verfahrens Patentansprüche 1. Verfahren zum Druckgiessen gegenüber Eisenlegierungen aggressi ver Metallschmelzen mit Hilfe einer Druckgiessmaschine der Warmkammerbauart mit einer aufrechtstehenden, unten geschlos senen und mit einer Schutzauskleidung versehenen Giesskammer in einem aus einem Eisenmetall, insbesondere Gusseisen, be stehenden, in die Metallschmelze getauchten Pumpenblock, in dessen unterem Bereich an der Giesskammer eine über einen Zu fuhrkanal an ein Einlassventil angeschlossene Eintrittsöffnung und eine über einen Giesskanal zu einer Druckgiesskokille führen de Austrittsöffnung für die Metallschmelze vorgesehen sind, mit einem Giesskolben, der in einem von oben an die Giesskammer anschliessenden Führungszylinder verschiebbar angeordnet und durch einen Giessantrieb in die Giesskammer einführbar ist und an dessen Druckfläche ein Vorkolben mit einem deutlich geringeren Durchmesser als derjenige der Giesskammer ange bracht ist, wobei in dem von den freien Oberflächen von Giess- und Vorkolben, Führungszylinder und Giesskammer so wie der in den letzteren befindlichen Metallschmelze um grenzten Raum während des Formfüllvorganges eine konstante Gasmasse eingeschlossen ist und durch den gegen die Giess kammer vorgeschobenen Giess- und Vorkolben komprimiert wird, um die Metallschmelze durch den Giesskanal in die Druckgiess kokille zu pressen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass durch Begrenzung der eingeschlossenen Gasmasse der Vor kolben (14) im Verlauf seiner Vorschubbewegung vor voll ständiger Füllung der Druckgiesskokille in die Metallschmelze (35) eingetaucht wird, so dass die Metallschmelze gleichzei tig sowohl durch den in sie eintauchenden Vorkolben (14) als auch durch das infolge einer vom Beginn des Eintauchens des Vorkolbens (14) an auftretenden raschen Schrumpfung des gasgefüllten Ringraumes um den Vorkolben (14) herum hoch komprimierte Gas druckbeaufschlagt wird. 2. Druckgiessmaschine der Warmkammerbauart zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer aufrechtstehenden, unten geschlossenen und mit einer Schutzauskleidung versehenen Giesskammer in einem aus einem Eisenmetall, insbesondere Guss eisen, bestehenden, in die Metallschmelze getauchten Pumpen block, in dessen unterem Bereich an der Giesskammer eine über einen Zufuhrkanal an ein Einlassventil angeschlossene Ein trittsöffnung und eine über einen Giesskanal zu einer Druck giesskokille führende Austrittsöffnung für die Metallschmelze vorgesehen sind, mit einem Giesskolben, der in einem von oben an die Giesskammer anschliessenden Führungszylinder verschieb bar angeordnet und durch einen Giessantrieb in die Giesskammer einführbar ist und an dessen Druckfläche ein Vorkolben mit einem deutlich geringeren Durchmesser als derjenige der Giess kammer angebracht ist, wobei in dem von den freien Oberflächen von Giess- und Vorkolben, Führungszylinder und Giesskammer sowie der in der letzteren befindlichen Metallschmelze umgrenzten Raum während des Formfüllvorganges eine konstante Gasmasse eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die eingeschlossene Gas masse auf einen solchen Wert begrenzt ist, dass der Vorkol ben (14) im Verlaufe seiner Vorschubbewegung vor vollständi ger Füllung der Druckgiesskokille in die Metallschmelze (12) eintaucht, und dass der Vorkolben (14) als ein gegen die aggressive Metallschmelze beständiger Verdrängungskörper ausgebildet ist. 3. Druckgiessmaschine nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Giesskammer (11) eine gegen die Metallschmelze beständige Schutzhülse (13) angeordnet ist, die mit einem geringfügig kleineren Aussendurchmesser als der Giesskammerdurchmesser und mit einem deutlich grösseren Innen durchmesser als der Durchmesser des Vorkolbens (14) ausge bildet ist und, über ihre Länge und ihren Umfang verteilt, mehrere durchgehende Öffnungen (15) sowie mit der Schmelz eintritts- bzw. -austrittsöffnung (21, 22) der Giesskammer (11) ausgerichtete Durchtrittsöffnungen (23, 24) aufweist. 4.- Druckgiessmaschine nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Vorkolben (14) und die Schutzhülse (13) aus demselben keramischen Werkstoff bestehen. 5. Druckgiessmaschine nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Vorkolben (14) und die Schutzhülse (13) aus unterschiedlichen keramischen Werk stoffen bestehen. 6. Druckgiessmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Durchmesser der durch gehenden Öffnungen (15), der Schutzhülse (13) 1 bis 5 mm und die Breite des Ringspaltes (18) zwischen der Aussenfläche der letzteren und der Giesskammerwand O,5 bis 2 mm betragen. 7. Druckgiessmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schutzhülse (13) einen Boden (20) aufweist, der ebenfalls wenigstens eine durchgehende Öffnung (15) kleinen Querschnittes besitzt. 8. Druckgiessmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass im Zufuhrkanal (31) und im Giesskanal (32) je ein an die entsprechende Durchtrittsöffnung (23, 24) der Schuthülse (13) anschliessendes, keramisches Schutzrohr (46) mit mehreren über seine Länge und seinen Umfang verteilten Öffnungen geringen Querschnittes an geordnet ist, wobei der Aussendurchmesser der Schutzrohre (46) geringfügig kleiner als der jeweilige Kanaldurchmesser ist. 9. Druckgiessmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bestandteile (43, 44) des Einlassventiles (42) für die Metallschmelze ebenfalls aus einem Keramikwerkstoff bestehen. 10. Druckgiessmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verhältnis der Quer schnittsfläche des Vorkolbens (14) und der Querschnittsfläche des Ringraumes um diesen herum mindestens 1,5 : 1 beträgt.

Inventors: MORET, GILBERT
Applicants: GEBRUDER BUHLER AG
Application year: 1983
Main classification: B22D17
IPC codes: B22D17