DE3007812C2

DE3007812C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Umgießen eines Fertigteils beim Druckgießen

Info

Publication number: DE3007812C2
Application number: DE3007812A
Authority: DE
Inventors: Masashi Arita; Mikiya Komatsu; Syunsuke Yokohama Suzuki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-03-03
Filing date: 1980-02-29
Publication date: 1983-01-20
Also published as: GB2086782A; JPS55117552A; DE3007812A1; GB2086782B; GB2044647B; GB2044647A; US4337817A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einer bus der GB-PS 14 10 770 bekannten Vorrichtung zum Druck;;ießen -.vird in den aus den Druckgieß-Kokillen gebildeten Kokillenhohlraum aus einem das zu vergießende Metall i- seinen schmelzflüssigen Zustand gebrachten Schmelzofen das schmelzflüssige Metall über ein im wesentlichen vertikal angeordnetes Steigrohr eingefüllt. Zu diesem Zweck wird in den Schmelzofen ein Treibgas eingeblasen, das das schmelzflüssige Metall aus dem Schmelzofen heraus verd.ängt. ίο Das schmelzflüssige Metall gelangt daher unter einem relativ niedrigem Druck in den Kokillenhohlraum. Anschließend wird die Verbindung zwischen de.n Kokillenhohlraum und dem vertikalen Steigrohr des Schmelzofens mit Hilfe eines Schiebers gesperrt. Danach werden mehrere Druckkolben, die in in den Druckgieß-Kokillen selbst vorgesehenen Druckhülsen geführt sind, in diese hineingefahren, wobei die Druckhülsen gleichzeitig als Steiger für das schmelzflüssige Metall wirken, also mn dem Kokillenhohlraum in Verbindung stehen. Dur, h das Kinfahren der Druckkolben in die zugehörigen Drui kniilseri wird auf das m dem Kokillerihnhlr.ium einlullen·. si.t:melz!lussigc Mctail ein für diis [Mi.kgieHcn
aufgebracht

Aus der dB I¹S il
Druckwellen μ·ί Μ··
einer N.ibe. ^r.nli;i,
Ausnchnin'ii'c'· Jic-c
falls in r.ul .ilt ' Kiihti

erlordi rln her Druck

"Hh" is: iim Vorrichtung /um .ιι cn bcn.innt. nut der ι τ. ,ins ιΙ,Μ,Ίιι Mk η I lignin urnl in ι ^;it'f .I'lgcinltu 'en. sich 'ben

ν <-· -·η\ kcmli ■> ν heibe:irmgen wi gebildetes LüiiuiTiiü tii.i>lüv.Mg ..c^n.,:!. wird. D,t dit radialen Flügel des Lüfterrades in Unifangsrichtung unterschiedlich geneigt sind, d, h. nicht in radialer Richtung der Nabe verlaufen, ist die äußere Druckgieß-Kokille in mehrere Teile unterteilt, die in der jeweiligen Richtung der zugeordneten radialen Flügel nach der Verfestigung des Druckgußteils abgezogen werden.
Aufgahr der firfindting ist es. ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß in einfacher und zuverlässiger Weise ein mit dem Druckgußteil durch Umgießen zu verbindendes Fertigteil eine metallurgische Verbindung an der Grenzfläche zwischen dem Fertigteil und dem herzustellenden Druckgußteii eingeht.

Bei einem Verfahren der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die im Anspruch 3 angegebene Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das mit dem Druckgußteil zu verbindende Fertigteil in die Bohrung des Druckkolbens derart eingeführt wird, daß sein mit dem Druckgußteii zu verbindender Abschnitt mit dem schmelzflüssigen Metall bereits dann in Berührung gelangt, wenn dieses in den Kokillenhohlraum hineingegossen wird. Danach wird der Druckkolben zusammen mit dem Fertigteil innerhalb des Kokillenhohlraums verschoben, um das zuvor in diesen eingegossene schmelzflüssige Metall unter Druck zu setzen, wobei gleichzeitig aber auch das mit dem Druckgußicii zu verbindende Fertigteil in den Kokillenhohlraum unter dauerndem Kontakt mit dem schmelzflüssige.i Metall eingebracht wird. Durch diesen frühzeitigen und damit über einen längeren Zeitraum andauernden Kontakt des mit dem Druckgußteii zu verbindenden Fertigteils mit dem noch eine hohe Temperatur aufweisenden schmelzflüssigen Metall wird eine metallurgische Verbindung des Fertigteils mit dem Metall des Druckgußteils an den Grenzflächen gewährleistet.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt einer stehenden Druckgießmaschine mit offener Druckgieß-Kokille.

Fig. 2 schematisch einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit einem zu verbindenden Fprtigteil, das in einen Druckkolben der Druckgießmaschine eingeführt wird, und

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt der mit schmelzflüssigen Metall gefüllten Druckgieß-Kokille.

Es ist bereits vorgeschlpgen worden, daß ein zu verbindendes Fertigteil 37 zuvor mit Ausnehmungen versehen wird, um eine formschlüssige Verbindung mit einem umgebenden Metall 40 zu erreichen Ausnehmun gen des zu verbindenden KertigtciK verur achen jedoch zusätzliche Kosten

Bei einem wärmebeständigen Propeller nii! einer Welle wie ζ B einem Turboladerrofir besteh' der Propeller .fti\ _·ίι·γ <λ ,irmcbcst.indifcr, l.egicrMi,/ u. · .· Ii einer I '. „■•cui'i ins Nn■ kei kot-.ti; ■ «!< :·:■■ (.iscii ' iriiiidt·· ⁽ ΐ'Ί i)c Pr«.pellc^r '-»■: an- -„in··: der,irin?et, i.lv 'nrij' durch l'rd/i .κιιλ,:,<.ΊΗ·[; turtr. stell) iiml cinsv ni,t iK'i ■: wird .)■!■ VV 'U ,in Koheiis'x'i

si ihi . κ|ι·γ liic
(InI h Keil)-

i ι·· κ . ■< r vir, >t.il,· mi ^! ■_■ r r ■ fr, ,;ι.·;|₍· Ίν» L dl, ,, llekir"iiii .'ι ,1[Il ■.( hw nik

g, V cr

I.! 1 xt'e'i"

,1- ■ j'l· hlb· i).n

gJi.yUi au!UV-Ls.;., J.- b_:.^_ t.!.^:!:::..-.:: ¹Jf".! ·,·- ύ werden müssen. Sobald die Schweißbedingungen nur geringfügig abweichen, neigen die Schweißabschnitte zur Rißbildung beim Schweißen, so daß ein hoher Prozentsatz an Ausschuß anfällt. Für die Bauteile mit schnell umlaufenden und bei hohen Temperaturen arbeitenden Maschinenelemcnlen, wie z. B. Turbolader· rotoren, werden selbstverständlich starre Verbindungen

benötigt, die diesen evrrmen Bedingungen ausreichend standhalten können. Bei dem üblichen Wachsausschmelzverfahren zum Herstellen von verlorenen Formen für das Präzisionsgießen ist es jedoch schwierig, die Metallteile zu verbinden, indem ein Fertigteil umgössen wird.

In F i g. 1 ist schematisch eine Ausführungsform einer stehenden Druckgießmaschine im Teilschnitt mit einer Druckgieß-Kokille 11 dargestellt Diese ist zum Druckgießen eines Propellers bestimmt und besteht aus unterteilten Kokillenhohlräumen, deren Anzahl der Anzahl von Flügeln entspricht Die Teile der Kokille 11 werden in radialer Richtung zusammen mit einen Einguß bildenden Kokillenteilen 12 gefahren und dabei geöffnet oder geschlossen. Die den Einguß bildenden Kokillenteile 12 sind unterhalb der geteilten Kokille 11 angeordnet und die Verfahrbewegung wird mit Hilfe von Hydraulikzylindern 14 mit Stützen 13 erreicht, die die Kokille 11 schließen und öffnen. Die Stützen 13 sind auf unteren Abdeckungen 15 gleitend beweglich. Über der Kokille 11 ist ein oberes Kokillenteil 16 vorgesehen, das zusammen mit den unteren Abdeckungen 15. den Hydraulikzylindern 14 und einem Gießrahmen 17 durch einen Preßkolben 18 abgestützt wird, an uem ein Hydraulikzylinder 20 mit einem Auswerferttift 19 befestigt ist Der Preßkolben 18 ist längs Führungsschienen 22 in vertikaler Richtung gleitend beweglich, wobei die Führungsschienen 22 an säulenförmigen Stützen 21 befestigt sind. Der Preßkolben 18 ist mit Hilfe einer Kolbenstange 26a eines Hydraulikzylinders 26 über eine Vielzahl von Stützelementen 23. Verbindungselementen 24 und Strebenelementen 25 anhebbar und absenkbar.

Weiterhin ist ein Maschinenfuß 30 mit einer Gießkammer 31 vorgesehen, die mittels eines Halters 32 am Maschinenfuß 30 mit der Kokille 11 fluchtend befestigt ist. Im Innenraum des Maschinenfußes 30 ist eine Aufhängung 33 für die Gießgarnitur befestigt, mit der ein Hydraulikzylinder 34 fest verbunden ist. Der Hydraulikzylinder 34 umfaßt eine Kolbenstange 34a. mit der ein innerer Arbeitszylinder 35 fest verbunden ist. Mit dem Hauptkörper des inneren Arbeitszylinders 35 ist ein Drucknolben 36 fest verbunden, der in der Gießkammer 31 gleitend beweglich ist. Der Dn.ckkolben 36 weist eine Bohrung 38 auf, um das zu verbindende Fertigteil 37 einführen zu können (Fig. 2). Ein innerer Kolben 39. der mit einer Kolbenstange 35a des inneren Arbeitszylinders 35 verbunden ist. ist in der Bohrung 38 gleitend bew eglich geführt.

Der Druckkolben 36 ist mit der mit einem Boden versehenen Bohrung 38 so versehen, daß diese tine änderbare Tiefe hat. so daß ein Abschnitt des von einem Druckgußteil zu umgebenden Fertigteils 37 mit einer gewünschten Länge über die Oberfläche des Druckkolbens 36 vorsteht.

Bei einem Druckgießvorgang wird die Kokille 11 ihre höchste l.age durrh die Rückfahrbewegung der Kolbenstange 26a des Hydraulikzylinders 26 einnehmen (Fig. I). wonach der Arbeitszylinder 34 betätigt wird, um den inneren Arbeitszylinder 35. den inneren Kolben 39 und den Druckkolben 36 als Einheit entsprechend Fig. 1 anzuheben. Hierbei wird der Druckkolben 36 zuvor so eingestellt, daß sein oberes Ende geringfügig über die obere Fläche der Gießkammer 31 übersteht, Wodurch' das Fertigteil 37< das die Form einer länglichen Welle hat, leicht und schnell in die Bohrung 38 des Druckkolbens 36 in F i g, 2 in Richtung Pfeil eingeführt werden kann, Nachdem das Fertigteil SI in die Bohrung 38 eingeführt ist, erstreckt sich das obere Ende des Fertigteils 37 über die obere Fläche des Druckkolbens 36 um die gewünschte Länge hinaus, die der Höhe entspricht, die von einem Druckgußteil in der Kokille 11 umgeben werden soll, was nachstehend näner erläutert wird.

Nachdem das Fertigteil 37 in die Bohrung 38 des Druckkolbens 36 eingeführt ist wird die Kolbenstange 34a des Arbeitszylinders 34 eingefahren, um den Druckkolben 36 in seine am weitesten eingefahrene Stellung zum Druckgießen abzusenken. Dann wird eine gewünschte Menge an schmelzflüssigem Metall 40 in die Gießkammer 31 gegossen und der Hydraulikzylinder 26 betätigtum den Preßkolben mittels den Verbindungselementen 17 abzusenken, bis die den Einguß bildenden Kokillenteile 12 unterhalb der Kokille 11 mit dem oberen Ende der Gießhülse 31 in Berührung kommen. Der Hydraulikzylinder 26 hält die Kokillenteile zusammengepreßt Sobald die den Einguß bildenden Kokillenteile 12 unterhalb der Kokille ί 1 an dem oberen Ende der Gießkammer 31 anstoßen, wird der Arbeitszylinder 34 betätigt, um den Druckkolben 36 zusammen mit dem Fertigteil 37 anzuheben. D? schmeizflüssige Metai! wird hierdurch zwangsläufig zv»isrhen den den Einguß bildenden Kokillenteilen 12 eingeleitet, so daß ein in der Kokille 11 gebildeter Kokillenhohlraum mit dem schmelzflüssigen Metall 40 gefüllt wird. Bevor sich das schp-.°!zflüssige Metall verfestigt hat, wird der innere Arbeitszylinder 35 betätigt, um nur das zu verbindende Fertigteil 37 in Fig.3 in Pfeürichtung anzuheben.

Der zusammengepreßte Zustand der Kokille 11 und der Gießhülse 31 wird während einer bestimmten Zeit unverändert durch den Hydraulikzylinder 36 aufrechterhalten. Diese Zeit ist so bemessen, daß sich das

^3S schmelzflüssige Metall 40 verfestigen kann. Nach Verstreichen der zur Verfestigung des schmelzfiüssigen Metalls erforderlichen Zeit wird die Kolbenstange 26a des Hydraulikzylinders eingefahren, um die Kokille 11 zusammen mit dem Preßkolben 18 zu heben, und dann werden die Kolben der Hydraulikzylinder 14 eingefahren, um die Kokille 11 zu öffnen. In der am weitesten offenen Stellung der Kokille 11 wird der Hydraulikzylinder 2j betätigt, um den Auswerferstift 19 abzusenken, so daß der druckgegossene Propeller, der das wellenähnliehe mit ihm verbundene Fertigteil 37 umgibt, als Einheit aus der Kokille 11 gelöst wird.

Wenn das Fertigteil 37 über die obere Fläche des Druckkolbens 36 hervorsteht, wie es in F i g. 3 gezeigt ist. befindet sich dieser hervorstehende Abschnitt mit

■>° dem schmel/flüssigen Metall 40 bei hoher Temperatur unmittelbar nach dem Eingießen des schmelzflüssigen Metalls in die Gießkammer 31 ständig in Berührung, so daß die Wärme des schmdzflüss'gen Metalls 40 zum Abschnitt des Fertigteils 37 ausreichend übertragen wird, d'i von dem Druckgußteil umgeben werden soll. Nachdem sich das schmeizflüssige Metall verfestigt hat. wird eine durch metallurgisches Verbinden gebildete Verbindung an einer Grenzfläche zwischen dem verfestigten Metall und dem Fertigteil erhalten.
Eine derartige s'arre Verbindung kann auch dadurch erreicht werden. daL das untere Ende des Druckkolbens

36 direkt mit der Kolbenstange 34a des Arbeitszylinders

34 verbunden wird, ohne daß ein innerer Arbeitszylinder

35 Vorgesehen ist, der nur das Fertigteil 37 alihebt.

Wenn, wie in der Zeichnung dargestellt ist, der innere Arbeitszylinder 35 vorgesehen ist, Um nur das Fertigteil

37 gleitend zu bewegen, wird dieses weiter angehoben, nachdem der Kokillenhohlraum mit dem schmelzfluss!-

gen Metall 40 ausgefüllt worden ist, so daß der Abschnitt des Von dem DrUükgUßteil zu umgebenden Fertigteil 37 mit dem schmelzflüssigen Metall unter einem hohen Drück in Berührung gebracht wird, um den War meübefgangswiderstand des Fertigteils an seiher Berühfuhgs- ¹S fläche mit dem schmelzflüssigen Metall beträchtlich zu verringern, wodurch sich der metallurgisch verbundene Übergang weiter verbessern läßt. Im allgemeinen besteht bei einem in einen Kokillerthohlraum eingefüllten schmelzflüssigen Metall die" Neigung, Gießfehler, to wie z. B. Schwindungshohlräume, Lunker, Obefflächenporen od. dgh zu bilden, werin sich das schmelzflüssige Metall verfestigt. Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform wird jedoch das zu verbindende Fertigteil 37 in das schmelzftüssige Metall in dem Vs-Kokillenhohiraum verfestigt, so daß das Metall im kokiilerihöhlraurri durch schmelzflüssiges Metall aus der Gießkammer 31 ergänzt wird, um die inneren Gießfehlcr bei Öruckgußteiieri auszuschließen,

Da ferner die Wartestellung des inneren Kolbens 39 SV auf die Tiefe der Bohrung 38 einstellbar ist, können Fertigteile mit unterschiedlicher Länge mit entsprechenden Druckgußteilen unabhängig von ihren Längen Verbunden werden, ohne daß Bauteil der Drückgießmaschine verändert werden müssen.

Die Herstellung von wärmebeständigen Propellern mit Weilen, L B. für Turbolader ist daher in einfacher Weise möglich. So wird z. B. als Fertigteil 37 eine zu verbindende Welle, die beispielsweise aus relativ billigem Kohlenstoffstahl oder niedriglegicriem Stahl hergestellt ist, zuvor in die Bohrung 38 des Druckkolbens 36 eingeführt und schmelzflüssiges Metall 40 einer wärmebeständigen Legierung; aus Nickel; Kobalt oder einer Legierung mit Eise^Griindgefüge wird in die Gußhülse 31 gegossen. Dabei wird eine vollständige Verbindung durch das Umgießen des Fertigteils erreicht, wobei diese Verbindung auch für Rotationskörper ausreichend fest ist, die mit hohen Drehzahlen umlaufen, wie Z₄ B bei Turboladerrotoren. Dabei treten keine Gießfehler, wie Schwindungshohlräurne, Lunker und Öberfiäcrienpöreh Sn den Angüssen im fviiiieitcii derTurboladerrotoren auf.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Umgießen eines Fertigteils beim Druckgießen, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigteil während des Einschießens des schmelzriüssigen Metalls mit diesem in den Kokilleuhohlraum eingebracht wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzflüssige Metall zusätzlich durch das zu umgießende Fertigten unter Druck gesetzt wird, nachdem der Kokillenhohlraum mit schmelzflüssigem Metall aufgefüllt ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (36) mit einer Bohrung (38) versehen ist, die kurzer als das Fertigteil ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (38) des Druckkolbens (36) an ihrem Boden einen inneren Kolben (39) aufweist, der gleitend in dem Druckkolben (36) führbar und antreibbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kolben (39) mit einem inneren Arbeitszylinder (35) verbunden ist.

25