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EP0114934B1 - Process for pressure casting, and pressure casting machine for carrying out this process - Google Patents

Process for pressure casting, and pressure casting machine for carrying out this process Download PDF

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Publication number
EP0114934B1
EP0114934B1 EP83109981A EP83109981A EP0114934B1 EP 0114934 B1 EP0114934 B1 EP 0114934B1 EP 83109981 A EP83109981 A EP 83109981A EP 83109981 A EP83109981 A EP 83109981A EP 0114934 B1 EP0114934 B1 EP 0114934B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
piston
chamber
casting chamber
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP83109981A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0114934A1 (en
Inventor
Gilbert Moret
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buehler AG
Original Assignee
Buehler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Buehler AG filed Critical Buehler AG
Publication of EP0114934A1 publication Critical patent/EP0114934A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0114934B1 publication Critical patent/EP0114934B1/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/02—Hot chamber machines, i.e. with heated press chamber in which metal is melted
    • B22D17/04—Plunger machines

Definitions

  • the invention relates to a method for die casting against metal alloys aggressive metal melts with the help of a hot chamber type die casting machine with an upright, closed at the bottom and provided with a protective lining casting chamber in a pump block made of an iron metal, in particular cast iron, immersed in the metal melt, in the lower region thereof the casting chamber has an inlet opening connected to an inlet valve via a supply channel and an outlet opening for the molten metal leading to a die casting mold via a casting channel, with a casting piston which is displaceably arranged in a guide cylinder adjoining the casting chamber from above and by a casting drive into the casting chamber is insertable and on the pressure surface of a preliminary piston with a significantly smaller diameter than that of the casting chamber is attached, in which the free surfaces of the casting and preliminary pistons, guide tion cylinder and casting chamber, as well as the space bounded in the latter in the molten metal, a constant gas mass is enclosed during the mold filling process and is compressed by the casting and preliminary pistons pushed against the casting chamber in order to
  • the casting piston provided with a hardened surface enters the casting chamber from a guide cylinder, but a clear distance remains between the casting piston and the wall of the casting chamber.
  • the dimensioning is such that a more or less compressed air cushion always remains between the molten metal and the casting piston, so that the casting piston never comes into contact with the molten metal or the wall of the casting chamber.
  • the pump block is generally arranged in a molten metal, so that molten metal can flow into the casting chamber only by opening a valve when the plunger is retracted. After closing the valve and depressing the casting piston, the molten metal can then preferably be conveyed into the die casting mold via a gooseneck and placed under a pressure of several 100 bar.
  • An injection molding machine is also already known (DE-PS 678 949), in which a low-pressure source serving to fill the mold and a piston serving to generate the increased pressure are provided, which acts on the low-pressure medium used to fill the mold.
  • a special low-pressure source is used to fill the mold, while the increased pressure required at the end of the filling process is applied by the piston then descending.
  • the piston does not come into contact with the molten metal.
  • the ceramic lining has a porosity, so that a part of the molten metal penetrate the lining and the casting pressure can thus act on both sides. This reduces the risk of the lining tearing when the pump is operating.
  • Casting pistons and casting cylinders can be made from one ceramic material, which is very resistant to corrosion and wear.
  • the aim of the invention is now to achieve a significantly steeper pressure increase at the end of the press-in stroke at a predetermined casting piston speed and, at the same time, to achieve a larger final pressure for a given casting piston stroke without considerable control and structural outlay and without any risk of damage or breakage of components .
  • the invention provides that by appropriately adjusting the amount of gas enclosed before the piston moves downward, the preliminary piston is immersed in the metal melt before the downward movement of the casting piston and before the die casting mold is completely filled, so that the metal melt is simultaneously immersed both by the in they are immersed in the preliminary piston and are also pressurized by the gas which is highly compressed as a result of rapid shrinkage of the gas-filled annular space around the preliminary piston from the beginning of the immersion of the preliminary piston.
  • the preferred die casting machine for carrying out this method is characterized in that the amount of the enclosed gas is set to such a value before the piston moves downwards that the pre-piston is immersed in the molten metal before the die piston is stopped moving and before the die casting mold is completely filled Pre-piston is designed as a displacement body resistant to the aggressive molten metal.
  • a particularly preferred embodiment provides that a protective sleeve resistant to the molten metal is arranged in the casting chamber, which has a slightly smaller outside diameter than the casting chamber diameter and a significantly larger inside diameter is designed as the diameter of the preliminary piston and, distributed over its length and its circumference, has a plurality of through openings and through openings aligned with the melt inlet or outlet opening of the casting chamber.
  • Ceramic materials are preferably used for the preliminary piston and the protective sleeve. They can be formed from the same or from suitable different ceramic materials.
  • the ceramic material of the preliminary piston is mechanically stressed only under pressure and, moreover, only has to be able to withstand the shock-like thermal stress that occurs when immersed in the melt for the first time.
  • the protective sleeve works according to the invention with the preliminary piston in such a way that its inner surface guides the flowing molten metal and therefore has the effect of a cylinder.
  • the casting piston is thus protected from the aggressive metal melt by the pressure transmission gas and the casting chamber by the protective sleeve, which is preferably made of ceramic.
  • the pressure transfer gas can be either nitrogen or another gas inert to an aluminum or aluminum alloy melt.
  • the diameter of the through opening of the protective sleeve should be 1 to 5 mm and the width of the annular gap between the outer surface of the latter and the casting chamber wall should be 0.5 to 2 mm.
  • the protective sleeve should expediently have a base which also has at least one through opening with a small cross can have cut.
  • a guide cylinder 27 extends above a pump block 30 made of cast iron with a casting chamber 11 arranged vertically therein, in which a casting piston 16 is arranged so as to be vertically displaceable.
  • the casting piston 16 can be acted upon by a casting drive cylinder, not shown, with a force K which generates the casting pressure.
  • the casting piston 16 continues into a cylindrical preliminary piston 14 which is coaxial with it and which has a significantly smaller diameter than a protective sleeve 13 arranged in the casting chamber 11.
  • a coupling 34 connects the casting piston 16 to the preliminary piston 14.
  • the coupling 34 has a game in terms of thermal expansion. It therefore represents a non-positive connection between the casting piston and the preliminary piston.
  • the guide cylinder 27, the casting piston 16 and the coupling 34 are preferably made of conventional metal materials.
  • the cast iron pump block 30 is immersed in the aluminum melt 35 to be cast in the manner shown in FIG. that is, it emerges from the top of the melt 35, but that a metal feed channel 31 provided in the pump block 30 is immersed.
  • the ceramic protective sleeve 13 inserted into the casting chamber 11 is circular-cylindrical and has a slightly smaller diameter than the cylindrical casting chamber 11, so that there is a narrow annular gap 18 between the protective sleeve 13 and the wall of the casting chamber 11, the width of which is 0. Can be 5 to 2 mm.
  • the protective sleeve 13 extends axially to the bottom 26 of the casting chamber 11, where it is supported. At the top, the protective sleeve 13 extends approximately to the upper surface of the pump block 30.
  • the upper end face 28 of the protective sleeve 13 there is somewhat lower than an annular surface 29 directly surrounding it on the upper side of the pump block 30.
  • the annular surface 29 extends via an annular step 37 into the upper one Surface 38 of the pump block 30 so that an annular space is formed between the casting piston 16 and the annular step 37, in which an annular projection 39 of the guide cylinder 27 can engage appropriately. Clear play is left between the end face 28 of the protective sleeve 13 and the annular projection 39 of the guide cylinder 27, so that the protective sleeve 13 is not axially braced by the thermal expansions. Between the end face 40 of the guide cylinder 27, which extends radially outward from the annular projection 39, and the upper face 38 of the pump block 30, there is a disk-shaped ring seal 41, which seals the casting chamber 11 from the outside.
  • the protective sleeve 13 is therefore never axially clamped in the cold state because of the play existing between the end face 28 and the annular surface 29 and in the warm operating state because of the greater thermal expansion of the cast iron casting chamber 11 and is not loaded in this direction either.
  • the annular projection 39 of the guide cylinder 27 is also not braced against the annular surface 29 of the pump block 30. Only the end faces 38 and 40 of the pump block 30 and the guide cylinder 27 are braced against one another via the ring seal 41.
  • the protective sleeve 13 made of ceramic has metal melt passage openings 23, 24 on approximately diametrically opposite sides, which are aligned with a metal feed channel 31 or a pouring channel 32 in the pump block 30.
  • the protective sleeve 13 also has a base 20 made of one piece with it, which also has continuous circular bores 15 of the same diameter and rests on the casting chamber base 26.
  • a bottom gap of approximately the same width as the annular gap 18 could also be provided between the casting chamber base 26 and the base 20 of the protective sleeve 13 by means of a slight axial projection of the cylindrical part of the protective sleeve 13.
  • An inlet valve 42 arranged at the entrance of the metal feed channel 31 has an all-ceramic valve body 43 with a valve stem of the same nature.
  • the valve seat 44 is also made of ceramic material.
  • An enlarged section 45 of the metal feed channel 31 connects to the valve 42 and connects the section 45 to the molten metal inlet opening 21 on the casting chamber 11.
  • a pouring channel 32 adjoins the molten metal outlet opening 22, which likewise has a tubular lining 46 and extends obliquely upwards, around a part of the conventional riser channel (not shown), so called gooseneck to form, which leads to the die casting mold, also not shown.
  • the tubular linings 46 are provided with a coarse-meshed hole pattern consisting of continuous circular bores 15, the diameter of which is equal to that of the bores 15 of the protective sleeve.
  • the axial distance between the bores 15 on a surface line of the protective sleeve 13 and the lining tube 46 is in each case 50 to 70 mm, while in the circumferential direction the protective sleeve 13 has four and the lining tubes 46 two bores 15 each along a circle normal to the surface lines on the outer surface.
  • four bores 15 can expediently be provided on a circle with a diameter of 40 mm.
  • the protective sleeve 13 and the preliminary piston 14, the components of the inlet valve 42 such as the valve body 43 with valve stem and the valve seat 44 and the pouring nozzle, not shown, are particularly advantageously provided as all-ceramic bodies.
  • Aluminum titanate is preferably used for the preliminary piston 14, aluminum titanate or aluminum oxide for the protective sleeve 13 and silicon nitride for the components of the inlet valve 42 and for the pouring nozzle.
  • Aluminum oxide is suitable for the lining 46 of the metal feed channel 31, its enlarged section 45 and the pouring channel 32.
  • FIG. 1 shows the casting piston 16 with the preliminary piston 14 in the lower end position at the end of a mold filling process. Only in this lower end region of its stroke does the plunger 16 penetrate somewhat into the protective sleeve 13, with friction between the plunger 16 and the protective sleeve 13 being avoided by providing a greater clearance.
  • the channels 31, 32, the expanded section 45 of the former and the casting chamber 11 are filled with molten metal 35 apart from the short annular space occupied by the pressure transmission gas 47.
  • the casting piston 16 with the preliminary piston 14 is withdrawn to such an extent that the preliminary piston 14 is located completely above the protective sleeve 13.
  • the inlet valve 42 is opened by its actuating drive.
  • the melt 35 surrounding the pump block 30 then flows through the inlet valve 42, the metal feed channel 31 and the inlet opening 21 into the casting chamber 11.
  • the now relaxed pressure transmission gas 47 is located between the preliminary piston 14, the casting piston 16 and the melt surface .
  • the annular gap 18 between the protective sleeve 13 and the casting chamber 11 is constantly filled with molten metal 35.
  • the inlet valve 42 is closed by the actuation drive and, during the mold filling process, is additionally acted upon in the closing direction by the injection pressure prevailing in the casting chamber 11.
  • the subsequent mold filling process will now be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6.
  • the plunger 16 is shown in the fully retracted state.
  • the molten metal 35 which has risen in the casting chamber 11 already compresses the pressure transmission gas 47 somewhat.
  • the pressure at this point is about 1 bar.
  • the pressure transmission gas 47 is continuously compressed, so that the pressure P slowly increases by a few bar according to the diagram in FIG. 6. Due to the pressure increase, the melt is also constantly displaced from the casting chamber 11 through the pouring channel 32, so that the level of the molten metal 35 in the casting chamber 11 decreases by the corresponding amount according to the curve ⁇ h.
  • the amount of pressure transmission gas 47 between the casting piston 16 and the preliminary piston 15 and the metal melt 35 is now determined according to the invention in such a way that the preliminary piston 14 comes into contact with the metal melt 35 before the downward movement of the casting piston 16 ends. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 6, this contact is achieved when the level of the molten metal has dropped to the break point of the curve ⁇ h.
  • the diagram according to FIG. 6 was recorded for measuring reasons with an open pouring channel 32, ie without a die casting mold. Under practical casting conditions, the An the pressure P rose after immersing the preliminary piston 14 in the molten metal 35 even more steeply and distinctly exponentially. After the mold filling process has been completed, a final pressure of a few 100 bar can be reached, which is used to compress the casting structure in the mold cavity.
  • a certain amount of gas is supplied from a compressed gas source, not shown, into the pressure chamber below the casting piston 16. This is necessary so that, on the one hand, before the opening of the inlet valve 42 during the piston retraction, the formation of a vacuum in the casting chamber 11 and spraying of the melt thereby entrained onto the metal casting piston 16 or the same wall of the guide cylinder 27 are avoided.
  • the compressed gas can be prestressed by a few bar above atmospheric pressure.
  • An essential characteristic of the method according to the invention is that by immersing the preliminary piston 14 in the molten metal 35, the surface of the melt around the preliminary piston 14 is strongly raised against the annular surface of the casting piston 16 which is moved downward therewith, as a result of which the mold filling process is completed extremely rapid increase in pressure.
  • the melt in the annular gap 18 between the protective sleeve 13 and the inner wall of the casting chamber 11 experiences the same pressure as the metal melt 35 inside the protective sleeve 13 during the mold filling process described, but remains uninvolved in its flow movement. It brings about a pressure equalization between the inner and the outer wall surface of the protective sleeve 13 and at the same time transmits the pressure to the cast iron wall of the casting chamber 11.
  • the melt stands still in the annular gap 18 and in the bottom gap, it does not attack the casting chamber wall, but instead forms a constantly liquid compound with the cast iron wall surface, the iron content of which is saturated and therefore remains stable.
  • the protective sleeve 13 can also be easily replaced by removing the guide cylinder 27 with the retracted pistons 14, 16. Due to the clear annular gap 18 and the cylindrical design, the protective sleeve 13 can now be removed axially and, if necessary, reinserted after cleaning or replaced by a new one.
  • the outer end section of the metal feed channel 31, which is only used for production, is closed with a metal screw, the end surface of which facing the melt is protected by a ceramic plate.
  • This ceramic plate can e.g. B. be made of silicon nitride or aluminum oxide.
  • the pressure transmission gas consumption is very low.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckgießen gegenüber Eisenlegierungen aggressiver Metallschmelzen 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 während des Formfüllvorgangs 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.The invention relates to a method for die casting against metal alloys aggressive metal melts with the help of a hot chamber type die casting machine with an upright, closed at the bottom and provided with a protective lining casting chamber in a pump block made of an iron metal, in particular cast iron, immersed in the metal melt, in the lower region thereof the casting chamber has an inlet opening connected to an inlet valve via a supply channel and an outlet opening for the molten metal leading to a die casting mold via a casting channel, with a casting piston which is displaceably arranged in a guide cylinder adjoining the casting chamber from above and by a casting drive into the casting chamber is insertable and on the pressure surface of a preliminary piston with a significantly smaller diameter than that of the casting chamber is attached, in which the free surfaces of the casting and preliminary pistons, guide tion cylinder and casting chamber, as well as the space bounded in the latter in the molten metal, a constant gas mass is enclosed during the mold filling process and is compressed by the casting and preliminary pistons pushed against the casting chamber in order to press the molten metal through the casting channel into the die casting mold. The invention further relates to a die casting machine for performing this method.

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.In a known die casting machine (GB-PS 545 268), the casting piston provided with a hardened surface enters the casting chamber from a guide cylinder, but a clear distance remains between the casting piston and the wall of the casting chamber. The dimensioning is such that a more or less compressed air cushion always remains between the molten metal and the casting piston, so that the casting piston never comes into contact with the molten metal or the wall of the casting chamber. In such die casting machines, the pump block is generally arranged in a molten metal, so that molten metal can flow into the casting chamber only by opening a valve when the plunger is retracted. After closing the valve and depressing the casting piston, the molten metal can then preferably be conveyed into the die casting mold via a gooseneck and placed under a pressure of several 100 bar.

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. Gegen diesen Stand der Technik sind die vorliegenden Ansprüche abgegrenzt.It is also already known (DE-OS 29 02 639) to provide a preliminary piston at the lower end of a casting piston which compresses a gas volume located above the molten metal surface when the casting piston comes down. The present claims are delimited against this prior art.

Die Nachteile dieser vorbekannten Druckgießmaschinen lassen sich wie folgt zusammenfassen :

  • Unter Zugrundelegung einer vorbestimmten Gießkolbengeschwindigkeit (Einpreßgeschwindigkeit) bei der Formfüllung ist die am Ende des Einpreßhubes erreichbare Druckerhöhung begrenzt. Um einen bestimmten, nicht zu niedrigen Enddruck nach vollzogenem 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.
The disadvantages of these known die casting machines can be summarized as follows:
  • The pressure increase that can be achieved at the end of the press-in stroke is limited on the basis of a predetermined casting piston speed (press-in speed) during the mold filling. In order to achieve a certain, not too low final pressure after the mold filling process has been completed, a large gas mass and a long piston stroke must be used in the known designs. For this reason, the mold filling time is extended, whereby the casting metal can partially solidify in the mold cavity and the complete filling of the latter can be hindered. The pressure that is important for the compression of the cast workpiece then remains ineffective.

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 dienender 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.An injection molding machine is also already known (DE-PS 678 949), in which a low-pressure source serving to fill the mold and a piston serving to generate the increased pressure are provided, which acts on the low-pressure medium used to fill the mold. Here, a special low-pressure source is used to fill the mold, while the increased pressure required at the end of the filling process is applied by the piston then descending. In this known injection molding machine, too, the piston does not come into contact with the molten metal.

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.In this known injection molding machine, the need for compressed gas is lower than in the two die casting machines described above, but instead a special low-pressure gas source is required in the present case, which means increased effort and susceptibility to faults.

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.It is further known (DE-PS 27 21 928) that the molten metal flowing through the ejection channel attack the wall of the ejection channel and can cause a partial dissolution of the wall material, which in turn will change the composition of the molten metal. To avoid this, the ejection channel, which leads from the pump in the form of a connection neck to the die casting mold, has already been provided with a ceramic, zircon-containing lining. In order not to cause an injection channel lined in this way to tear due to the high internal pressure of the molten metal during operation of the die casting machine and to further protect the injection channel over its entire length against attack by the molten metal, the ceramic lining has a porosity, so that a part of the molten metal penetrate the lining and the casting pressure can thus act on both sides. This reduces the risk of the lining tearing when the pump is operating. Casting pistons and casting cylinders can be made from one ceramic material, which is very resistant to corrosion and wear.

Bei einer weiteren bekannten Druckgießmaschine (US-PS 34 69 621) ist ein Gießzylinder aus einem harten, dichten, keramischen Werkstoff 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.In another known die casting machine (US-PS 34 69 621), a casting cylinder made of a hard, dense, ceramic material is arranged in the expanded pump-side end of the gooseneck, with a distance between the outer surface of the casting cylinder and the wall of the gooseneck, so that the casting cylinder the same pressure is exerted on the inside and outside, which means that no bending or tensile forces act on the casting cylinder that could lead to breakage.

Das Ziel der Erfindung besteht nun darin, bei einer vorbestimmten 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.The aim of the invention is now to achieve a significantly steeper pressure increase at the end of the press-in stroke at a predetermined casting piston speed and, at the same time, to achieve a larger final pressure for a given casting piston stroke without considerable control and structural outlay and without any risk of damage or breakage of components .

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß durch entsprechende Einstellung der Menge des eingeschlossenen Gases vor der Abwärtsbewegung des Kolbens der Vorkolben vor Beendigung der Gießkolbenabwärtsbewegung und 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.To achieve this object, the invention provides that by appropriately adjusting the amount of gas enclosed before the piston moves downward, the preliminary piston is immersed in the metal melt before the downward movement of the casting piston and before the die casting mold is completely filled, so that the metal melt is simultaneously immersed both by the in they are immersed in the preliminary piston and are also pressurized by the gas which is highly compressed as a result of rapid shrinkage of the gas-filled annular space around the preliminary piston from the beginning of the immersion of the preliminary piston.

Die bevorzugte Druckgießmaschine zur Ausführung dieses Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß die Menge des eingeschlossenen Gases vor der Abwärtsbewegung des Kolbens auf einen solchen Wert eingestellt ist, daß der Vorkolben vor Beendigung der Gießkolbenabwärtsbewegung und vor vollständiger Füllung der Druckgießkokille in die Metallschmelze eintaucht, und daß der Vorkolben als ein gegen die aggressive Metallschmelze beständiger Verdrängungskörper ausgebildet ist.The preferred die casting machine for carrying out this method is characterized in that the amount of the enclosed gas is set to such a value before the piston moves downwards that the pre-piston is immersed in the molten metal before the die piston is stopped moving and before the die casting mold is completely filled Pre-piston is designed as a displacement body resistant to the aggressive molten metal.

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. austrittsöffnung der Gießkammer ausgerichtete Durchtrittsöffnungen aufweist.In order to protect the casting chamber wall from corrosion and at the same time to reduce the risk of breakage for ceramic parts, a particularly preferred embodiment provides that a protective sleeve resistant to the molten metal is arranged in the casting chamber, which has a slightly smaller outside diameter than the casting chamber diameter and a significantly larger inside diameter is designed as the diameter of the preliminary piston and, distributed over its length and its circumference, has a plurality of through openings and through openings aligned with the melt inlet or outlet opening of the casting chamber.

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 erfindungsgemäß kein besonderes Trennmittel erforderlich.Compared to the known die casting machines, there is, according to the invention, a considerable reduction in the amount of gas enclosed and a shortening of the injection stroke, which, in addition to a rapidly occurring mold filling, results in a faster, exponentially increasing pressure towards the end of the mold filling process and a higher final pressure without increasing the casting piston speed Has. This also ensures effective compaction of the casting workpiece that is created. The pre-piston immersed in the molten metal allows the piston stroke. which is necessary for achieving a complete mold filling and for the recompression of sufficient gas pressures to be kept shorter. Because of the small annular contact surface between the pressurized gas and the molten metal, the risk of gas penetrating into the melt and, in the case of a non-inert gas, its corrosive effect is low. According to the invention, no special release agent is therefore required between gas and molten metal.

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 auftretenden schockartigen thermischen Beanspruchung widerstehen können.Ceramic materials are preferably used for the preliminary piston and the protective sleeve. They can be formed from the same or from suitable different ceramic materials. The ceramic material of the preliminary piston is mechanically stressed only under pressure and, moreover, only has to be able to withstand the shock-like thermal stress that occurs when immersed in the melt for the first time.

Die Schutzhülse arbeitet erfindungsgemäß mit dem Vorkolben in der Weise zusammen, daß ihre Innenfläche die strömende Metallschmelze führt und ihr daher die Wirkung eines Zylinders zukommt.The protective sleeve works according to the invention with the preliminary piston in such a way that its inner surface guides the flowing molten metal and therefore has the effect of a cylinder.

Aufgrund der in der Schutzhülse vogesehenen 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.Due to the openings provided in the protective sleeve, the risk of blockages is significantly lower than when using porous ceramics. In the case of rapid pressure changes, the pressure loss across the perforated solid ceramic wall is lower than in the case of a porous wall. In the case of a solid ceramic material, there is also the option of selecting the hole size and hole spacing so that the lowest possible pressure loss occurs.

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.According to the invention, the casting piston is thus protected from the aggressive metal melt by the pressure transmission gas and the casting chamber by the protective sleeve, which is preferably made of ceramic. The pressure transfer gas can be either nitrogen or another gas inert to an aluminum or aluminum alloy melt.

Der Durchmesser der durchgehenden Öffnung der Schutzhülse soll 1 bis 5 mm und die Breite des Ringspaltes zwischen der Außenfläche der letzteren und der Gießkammerwand soll 0.5 bis 2 mm betragen.The diameter of the through opening of the protective sleeve should be 1 to 5 mm and the width of the annular gap between the outer surface of the latter and the casting chamber wall should be 0.5 to 2 mm.

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.In order to protect the base of the casting cylinder from the aggressive influences of the molten metal, the protective sleeve should expediently have a base which also has at least one through opening with a small cross can have cut.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are characterized by the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben ; in dieser zeigt :

  • Figur 1 einen schematischen Querschnitt einer als Förderpumpe für flüssiges Aluminium oder Aluminiumlegierungen dienenden Gießeinheit einer Druckgießmaschine der Warmkammerbauart,
  • Figur 2 eine vergrößerte perspektivische schematische Ansicht der Schutzhülse 13, die
  • Figuren 3, 4 und 5 verkleinerte schematische Wiedergaben der Gießeinheit nach Fig. 1 in drei verschiedenen Betriebspositionen und
  • Figur 6 ein Diagramm, welches bei offenem Gießkanal den Verlauf der Metallschmelzenhöhe in der Gießkammer bzw. den Druck in der Gießkammer in Abhängigkeit von der Zeit veranschaulicht.
The invention is described below, for example with reference to the drawing; in this shows:
  • 1 shows a schematic cross section of a casting unit of a die casting machine of the hot chamber type serving as a feed pump for liquid aluminum or aluminum alloys,
  • Figure 2 is an enlarged perspective schematic view of the protective sleeve 13, the
  • Figures 3, 4 and 5 reduced schematic representations of the casting unit of FIG. 1 in three different operating positions and
  • FIG. 6 is a diagram which illustrates the course of the molten metal height in the casting chamber or the pressure in the casting chamber as a function of time with the casting channel open.

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.According to FIG. 1, a guide cylinder 27 extends above a pump block 30 made of cast iron with a casting chamber 11 arranged vertically therein, in which a casting piston 16 is arranged so as to be vertically displaceable. The casting piston 16 can be acted upon by a casting drive cylinder, not shown, with a force K which generates the casting pressure.

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.At its lower end, the casting piston 16 continues into a cylindrical preliminary piston 14 which is coaxial with it and which has a significantly smaller diameter than a protective sleeve 13 arranged in the casting chamber 11. A coupling 34 connects the casting piston 16 to the preliminary piston 14. The coupling 34 has a game in terms of thermal expansion. It therefore represents a non-positive connection between the casting piston and the preliminary piston.

Der Führungszylinder 27, der Gießkolben 16 und die Kupplung 34 bestehen vorzugsweise aus üblichen Metallwerkstoffen.The guide cylinder 27, the casting piston 16 and the coupling 34 are preferably made of conventional metal materials.

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.The cast iron pump block 30 is immersed in the aluminum melt 35 to be cast in the manner shown in FIG. that is, it emerges from the top of the melt 35, but that a metal feed channel 31 provided in the pump block 30 is immersed.

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 deutliches 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.The ceramic protective sleeve 13 inserted into the casting chamber 11 is circular-cylindrical and has a slightly smaller diameter than the cylindrical casting chamber 11, so that there is a narrow annular gap 18 between the protective sleeve 13 and the wall of the casting chamber 11, the width of which is 0. Can be 5 to 2 mm. The protective sleeve 13 extends axially to the bottom 26 of the casting chamber 11, where it is supported. At the top, the protective sleeve 13 extends approximately to the upper surface of the pump block 30. The upper end face 28 of the protective sleeve 13 there is somewhat lower than an annular surface 29 directly surrounding it on the upper side of the pump block 30. The annular surface 29 extends via an annular step 37 into the upper one Surface 38 of the pump block 30 so that an annular space is formed between the casting piston 16 and the annular step 37, in which an annular projection 39 of the guide cylinder 27 can engage appropriately. Clear play is left between the end face 28 of the protective sleeve 13 and the annular projection 39 of the guide cylinder 27, so that the protective sleeve 13 is not axially braced by the thermal expansions. Between the end face 40 of the guide cylinder 27, which extends radially outward from the annular projection 39, and the upper face 38 of the pump block 30, there is a disk-shaped ring seal 41, which seals the casting chamber 11 from the outside.

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 Wärmedehnung 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.The protective sleeve 13 is therefore never axially clamped in the cold state because of the play existing between the end face 28 and the annular surface 29 and in the warm operating state because of the greater thermal expansion of the cast iron casting chamber 11 and is not loaded in this direction either. The annular projection 39 of the guide cylinder 27 is also not braced against the annular surface 29 of the pump block 30. Only the end faces 38 and 40 of the pump block 30 and the guide cylinder 27 are braced against one another via the ring seal 41.

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.1 and 2, several through openings in the form of circular bores 15 with a diameter of 1 to 5 mm are evenly distributed in the wall of the protective sleeve 13. In the lower region, the protective sleeve 13 made of ceramic has metal melt passage openings 23, 24 on approximately diametrically opposite sides, which are aligned with a metal feed channel 31 or a pouring channel 32 in the pump block 30.

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 Gießkammerboden 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.The protective sleeve 13 also has a base 20 made of one piece with it, which also has continuous circular bores 15 of the same diameter and rests on the casting chamber base 26. A bottom gap of approximately the same width as the annular gap 18 could also be provided between the casting chamber base 26 and the base 20 of the protective sleeve 13 by means of a slight axial projection of the cylindrical part of the protective sleeve 13.

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 inlet valve 42 arranged at the entrance of the metal feed channel 31 has an all-ceramic valve body 43 with a valve stem of the same nature. The valve seat 44 is also made of ceramic material.

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 enlarged section 45 of the metal feed channel 31 connects to the valve 42 and connects the section 45 to the molten metal inlet opening 21 on the casting chamber 11. The feed channel 31, together with the expanded section 45, each has a tubular ceramic lining 46.

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.A pouring channel 32 adjoins the molten metal outlet opening 22, which likewise has a tubular lining 46 and extends obliquely upwards, around a part of the conventional riser channel (not shown), so called gooseneck to form, which leads to the die casting mold, also not shown.

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.The tubular linings 46, like the protective sleeve 13, are provided with a coarse-meshed hole pattern consisting of continuous circular bores 15, the diameter of which is equal to that of the bores 15 of the protective sleeve. The axial distance between the bores 15 on a surface line of the protective sleeve 13 and the lining tube 46 is in each case 50 to 70 mm, while in the circumferential direction the protective sleeve 13 has four and the lining tubes 46 two bores 15 each along a circle normal to the surface lines on the outer surface. In the base 20 of the protective sleeve 13, four bores 15 can expediently be provided on a circle with a diameter of 40 mm.

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.Between the melt surface and the casting piston 16 there is a pressure transmission gas 47 in the casting chamber 11, the mass of which is smaller than that in known die casting machines of the generic type.

Der Führungszylinder 27 und der Gießkolben 16, die aus Metallegierungen bestehen, kommen mit der Metallschmelze 35 nicht in Berührung.The guide cylinder 27 and the casting piston 16, which consist of metal alloys, do not come into contact with the molten metal 35.

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 Metallzufuhrkanals 31, dessen erweiterten Abschnittes 45 und des Gießkanals 32 eignet sich Aluminiumoxid.The protective sleeve 13 and the preliminary piston 14, the components of the inlet valve 42 such as the valve body 43 with valve stem and the valve seat 44 and the pouring nozzle, not shown, are particularly advantageously provided as all-ceramic bodies. Aluminum titanate is preferably used for the preliminary piston 14, aluminum titanate or aluminum oxide for the protective sleeve 13 and silicon nitride for the components of the inlet valve 42 and for the pouring nozzle. Aluminum oxide is suitable for the lining 46 of the metal feed channel 31, its enlarged section 45 and the pouring channel 32.

In Fig. 1 ist der Gießkolben 16 mit dem Vorkolben 14 in der unteren Endstellung an 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 die Gießkammer 11 sind bis auf den vom Druckübertragungsgas 47 eingenommenen kurzen Ringraum mit Metallschmelze 35 gefüllt.1 shows the casting piston 16 with the preliminary piston 14 in the lower end position at the end of a mold filling process. Only in this lower end region of its stroke does the plunger 16 penetrate somewhat into the protective sleeve 13, with friction between the plunger 16 and the protective sleeve 13 being avoided by providing a greater clearance. The channels 31, 32, the expanded section 45 of the former and the casting chamber 11 are filled with molten metal 35 apart from the short annular space occupied by the pressure transmission gas 47.

Nach einem derartigen Formfüllvorgang, bei dem in der Druckgußkokille Drücke von einigen 100 bar erzielt werden können, wird der Gießkolben 16 mit dem Vorkolben 14 so weit zurückgezogen, daß der Vorkolben 14 sich vollständig oberhalb der Schutzhülse 13 befindet.After such a mold filling process, in which pressures of a few 100 bar can be achieved in the die-casting mold, the casting piston 16 with the preliminary piston 14 is withdrawn to such an extent that the preliminary piston 14 is located completely above the protective sleeve 13.

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.During the retraction of the pistons 14, 16, the inlet valve 42 is opened by its actuating drive. The melt 35 surrounding the pump block 30 then flows through the inlet valve 42, the metal feed channel 31 and the inlet opening 21 into the casting chamber 11. In the retracted state of the preliminary piston 14, the now relaxed pressure transmission gas 47 is located between the preliminary piston 14, the casting piston 16 and the melt surface .

Der Ringspalt 18 zwischen der Schutzhülse 13 und der Gießkammer 11 ist ständig mit Metallschmelze 35 gefüllt.The annular gap 18 between the protective sleeve 13 and the casting chamber 11 is constantly filled with molten metal 35.

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.After a required amount of melt has been supplied, the inlet valve 42 is closed by the actuation drive and, during the mold filling process, is additionally acted upon in the closing direction by the injection pressure prevailing in the casting chamber 11. The subsequent mold filling process will now be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6.

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 0 am Beginn der Kurve Ah wiedergegeben ist. Der Druck zu diesem Zeitpunkt liegt bei etwa 1 bar.3, the plunger 16 is shown in the fully retracted state. The molten metal 35 which has risen in the casting chamber 11 already compresses the pressure transmission gas 47 somewhat. The level of the molten metal 35 after it has been poured into the casting chamber 11 is denoted by A h = 0 (h = h o ), as shown in FIG. 6 at the time 0 at the beginning of the curve Ah. The pressure at this point is about 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 Δh um den entsprechenden Betrag absinkt.When the plunger 16 is continuously depressed, the pressure transmission gas 47 is continuously compressed, so that the pressure P slowly increases by a few bar according to the diagram in FIG. 6. Due to the pressure increase, the melt is also constantly displaced from the casting chamber 11 through the pouring channel 32, so that the level of the molten metal 35 in the casting chamber 11 decreases by the corresponding amount according to the curve Δh.

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 Δh abgesunken ist.The amount of pressure transmission gas 47 between the casting piston 16 and the preliminary piston 15 and the metal melt 35 is now determined according to the invention in such a way that the preliminary piston 14 comes into contact with the metal melt 35 before the downward movement of the casting piston 16 ends. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 6, this contact is achieved when the level of the molten metal has dropped to the break point of the curve Δh.

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 Δh 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.4 then penetrates into the molten metal 35 and partially displaces it into the annular space surrounding it, so that the level of the molten metal suddenly increases again according to the curve shape Δh in FIG. 6, even to a higher value than the initial level according to FIGS. 3 and 6. This state is shown schematically in FIG. 5.

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.From the moment the pre-piston 14 is immersed in the metal melt 35, the pressure transmission gas 47 in the annular space surrounding the pre-piston 14 is compressed extremely rapidly, so that the pressure P rises steeply in the relatively short further course of the piston stroke, which is shown in FIG. 6 is illustrated by curve P.

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.The diagram according to FIG. 6 was recorded for measuring reasons with an open pouring channel 32, ie without a die casting mold. Under practical casting conditions, the An the pressure P rose after immersing the preliminary piston 14 in the molten metal 35 even more steeply and distinctly exponentially. After the mold filling process has been completed, a final pressure of a few 100 bar can be reached, which is used to compress the casting structure in the mold cavity.

Während des Kolbenrückzuges jeweils nach einem Formfüllvorgang und je nach Art des Gußwerkstückes bzw. des Kokillenhohlraumes und der zu vergießenden Legierung auch unmittelbar vor Beginn des nächsten Einpreßhubes erfolgt die Zufuhr einer gewissen Gasmenge aus einer nicht gezeigten Druckgasquelle in den Druckraum unterhalb des Gießkolbens 16. Dies ist erforderlich, damit einerseits vor dem Öffnen des Einlaßventil 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.During the piston retraction after a mold filling process and, depending on the type of casting or mold cavity and the alloy to be cast, immediately before the next injection stroke begins, a certain amount of gas is supplied from a compressed gas source, not shown, into the pressure chamber below the casting piston 16. This is necessary so that, on the one hand, before the opening of the inlet valve 42 during the piston retraction, the formation of a vacuum in the casting chamber 11 and spraying of the melt thereby entrained onto the metal casting piston 16 or the same wall of the guide cylinder 27 are avoided. On the other hand, to set an optimal pressure curve and a corresponding stroke length in the mold filling process, the compressed gas can be prestressed by a few bar above atmospheric pressure.

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.An essential characteristic of the method according to the invention is that by immersing the preliminary piston 14 in the molten metal 35, the surface of the melt around the preliminary piston 14 is strongly raised against the annular surface of the casting piston 16 which is moved downward therewith, as a result of which the mold filling process is completed extremely rapid increase in pressure.

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.The melt in the annular gap 18 between the protective sleeve 13 and the inner wall of the casting chamber 11 experiences the same pressure as the metal melt 35 inside the protective sleeve 13 during the mold filling process described, but remains uninvolved in its flow movement. It brings about a pressure equalization between the inner and the outer wall surface of the protective sleeve 13 and at the same time transmits the pressure to the cast iron wall of the casting chamber 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.Thus, the latter takes over the pressure load, while the unloaded protective sleeve 13 only guides the flow. Since the melt stands still in the annular gap 18 and in the bottom gap, it does not attack the casting chamber wall, but instead forms a constantly liquid compound with the cast iron wall surface, the iron content of which is saturated and therefore remains stable.

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.Because of the design according to the invention, the protective sleeve 13 can also be easily replaced by removing the guide cylinder 27 with the retracted pistons 14, 16. Due to the clear annular gap 18 and the cylindrical design, the protective sleeve 13 can now be removed axially and, if necessary, reinserted after cleaning or replaced by a new one.

Der lediglich der Herstellung dienende äußere Endabschnitt des Metallzufuhrkanals 31 ist mit einer Metallschraube verschlossen, deren der Schmelze zugewandte Endfläche durch eine Keramikplatte geschützt ist. Diese Keramikplatte kann z. B. aus Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid gefertigt sein.The outer end section of the metal feed channel 31, which is only used for production, is closed with a metal screw, the end surface of which facing the melt is protected by a ceramic plate. This ceramic plate can e.g. B. be made of silicon nitride or aluminum oxide.

Der Verbrauch von Druckübertragungsgas ist sehr gering.The pressure transmission gas consumption is very low.

Liste der Bezugszeichen

  • 11 Gießkammer
  • 13 Schutzhülse
  • 14 Vorkolben
  • 15 Bohrung
  • 16 Gießkolben
  • 18 Ringspalt
  • 20 Boden von 13
  • 21 Schmelzeintrittsöffnung
  • 22 Schmelzaustrittsöffnung
  • 23, 24 Durchtrittsöffnung
  • 26 Gießkammerboden
  • 27 Führungszylinder
  • 28 Stirnfläche von 13
  • 29 Ringfläche
  • 30 Pumpenblock
  • 31 Metallzufuhrkanal
  • 32 Gießkanal
  • 34 Kupplung
  • 35 Schmelze
  • 37 Ringstufe
  • 38 obere Fläche von 30
  • 39 Ringvorsprung von 27
  • 40 Stirnfläche von 27
  • 41 Ringdichtung
  • 42 Einlaßventil
  • 43 Ventilkörper
  • 44 Ventilsitz
  • 45 erweiterter Abschnitt
  • 46 Schutzrohr
  • 47 Gas
List of reference numbers
  • 11 casting chamber
  • 13 protective sleeve
  • 14 preliminary pistons
  • 15 hole
  • 16 casting pistons
  • 18 annular gap
  • 20 floor of 13
  • 21 melt inlet opening
  • 22 melt outlet opening
  • 23, 24 passage opening
  • 26 casting chamber floor
  • 27 guide cylinders
  • 28 end face of 13
  • 29 ring surface
  • 30 pump block
  • 31 metal feed channel
  • 32 pouring channel
  • 34 clutch
  • 35 melt
  • 37 ring stage
  • 38 top surface of 30
  • 39 ring projection of 27
  • 40 end face of 27
  • 41 ring seal
  • 42 inlet valve
  • 43 valve body
  • 44 valve seat
  • 45 extended section
  • 46 protective tube
  • 47 gas

Claims (10)

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.
2. A pressure diecasting machine of the hot chamber type of construction for carrying out the . method of claim 1 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 being closed at the bottom and being 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 (35) 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 surface of the casting piston, 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 (35) present in the latter, characterized in that the quantity of the enclosed gas (47) is set prior to the downward movement of the piston (14, 16) at a value such that 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 ; and in that the front piston (14) is formed as a displacement body resistant to the aggressive metallic melt (35).
3. A pressure diecasting machine in accordance with claim 2, characterized in that a protective sleeve (13) resistant to the metallic melt (35) is arranged in the casting chamber (11) and is formed with an outer diameter slightly smaller than the diameter of the casting chamber, and with a substantially larger inner diameter than the diameter of the front piston (14), and has distributed over its length and around its periphery several throughgoing openings (15), and also has passage openings (23, 24) aligned with the melt inlet and outlet openings (21, 22) of the casting chamber (11).
4. A pressure diecasting machine in accordance with claims 2 and 3, characterized in that the front piston (14) consists of a ceramic material and the protective sleeve (13) of the same ceramic material.
5. A pressure diecasting machine in accordance with the claims 2 and 3, characterized in that the front piston (14) consists of a ceramic material and the protective sleeve (13) of a ceramic material which differs therefrom.
6. A pressure diecasting machine in accordance with one of the claims 3 to 5, characterized in that the diameter of the throughgoing opening (15) of the protective sleeve (13) amounts to from 1 to 5 mm, and the width of the ring gap (18) between outer surface of the latter and the casting chamber wall amounts to from 0,5 to 2 mm.
7. A pressure diecasting machine in accordance with one of the claims 3 to 6, characterized in that the protective sleeve (13) has a base (20) which likewise has at least one throughgoing opening (15) of small cross-section.
8. A pressure diecasting machine in accordance with one of the claims 2 to 7, characterized in that a respective ceramic protective tube (46) is arranged in the supply channel (31) and in the casting channel (32) adjoining the corresponding passage opening (23, 24) of the protective sleeve (13), with the outer diameter of the protective tubes (46) being fractionally smaller than the respective channel diameters.
9. A pressure casting machine in accordance with one of the claims 2 to 8, characterized in that the components (43, 44) of the inlet valve (42) for the metallic melt (35) likewise consist of a ceramic material.
10. A pressure diecasting machine in accordance with one of the claims 2 to 9, characterized in that the ratio of the cross-sectional area of the front piston (14) to the cross-sectional area of the ring space around it amounts to at least 1.5 : 1.
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