DE10080726B4

DE10080726B4 - Form für eine Heißanguß-Spritzmaschine sowie Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE10080726B4
Application number: DE10080726T
Authority: DE
Inventors: Itsuo Hiratsuka Shibata; Takashi Yokohama Mizushima; Ryoichi Naka Sekiguchi
Original assignee: JU-OH Inc HIRATSUKA; Japan Steel Works Ltd; JU OH Inc
Current assignee: JU-OH Inc HIRATSUKA; Japan Steel Works Ltd; JU OH Inc
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2020-02-08
Also published as: WO2000047352A1; US20020189781A1; JP3394244B2; US6533021B1; US6666259B2; DE10080726T1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen der optimalen Position eines Einlauf-Schneidabschnittes (13; 23) zwischen einem Einlauf (12) und einem Anguß (11) einer Düse (1) einer Heißanguß-Spritzmaschine mit den Schritten:
Anbringen von Heizmitteln (14; 24) zum Beheizen von in der Düse (1; 21) vorhandenem Metall an einer geeigneten Position an der Düse (1; 21);
Anbringen einer Mehrzahl von Temperaturmeßpunkten zum Messen der Temperatur des in der Düse (1; 21) vorhandenen Metalls in einem vorgegebenen Abstand in einem Bereich von der Spitze der Düse (1; 21) zu den Heizmitteln (14; 24);
Wählen wenigstens eines Temperatursteuerungs-Zielpunktes als Referenz für die Temperatursteuerung aus der Mehrzahl der Temperaturmeßpunkte;
Steuern der Heizmittel (14; 24) so, dass beim Öffnen der Form Metall in wenigstens einem mit den Heizmitteln (14; 24) versehenen Bereich in geschmolzenen Zustand gebracht wird, und daß die Temperatur des Temperatursteuerungs-Zielpunktes auf einem konstanten Niveau gehalten wird, das niedriger als der Schmelzpunkt des Metalls...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Form für eine Heißanguß-Spritzmaschine und ein Verfahren zur Bestimmung der Lage des Anschnittbereichs in der Düse einer Heißanguß-Spritzmaschine, die für das Spritzen von Metall geeignet sind, das einen höheren Schmelzpunkt und eine höhere thermische Leitfähigkeit als Harz hat.
Wegen seiner Eignung zum Spritzen von Produkten ohne Ausstoß von Angüssen und Gußzapfen hat das angußlose Spritzverfahren einen bemerkenswerten Vorteil gegenüber dem Spritzen nach dem Kaltanguß-System. Ein solches angußloses Spritzen eignet sich für das Spritzen von z.B. Harz mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt und einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit. Das angußlose Spritzverfahren ist für das Harzspritzen weit verbreitet.
9 ist ein Querschnitt einer Form für eine Heißanguß-Spritzmaschine, die Induktionsheizen anwendet. Die Form umfaßt eine feste Formplatte 3', an der eine Düse 1' und ein Verteiler 2' montiert sind, sowie eine bewegliche Formplatte 4' mit einem entsprechend der Gestalt der Produkte gestalteten Hohlraum 4a'. Der Hohlraum 4a' ist in einem hitzebeständigen metallischen Kern 6' ausgebildet, der an der beweglichen Platte 4' befestigt ist, wohingegen ein dem metallischen Kern 6' entsprechender metallischer Kern 5' an der festen Formplatte 3' befestigt ist.
Eine Rückenplatte 8' ist hinter der festen Formplatte 3' (oben in 9) montiert, wobei der Verteiler 2' in einem Zwischenraum 7' angeordnet ist, der zwischen der Rückenplatte 8' und der festen Formplatte 3' definiert ist. Die feste Formplatte 3' und der metallische Kern 5' sind mit einem Düsenansatzloch 3a' ausgebildet, das sich vom Zwischenraum 7' zum Hohlraum 4a' der beweglichen Form 4' erstreckt. Die Düse 1' wird vom Zwischenraum 7' aus in das Düsenansatzloch 3a' eingeführt.
Eine Spule (nicht gezeigt) ist um die Düse 1' gewickelt, so daß das Material in der Düse 1' durch Induktionsheizung durch die Spule erhitzt wird.
Die oben erwähnte Form der Heißanguß-Spritzmaschine wird ausschließlich für das Spritzen von Harz verwendet, obwohl sie theoretisch auch für das Spritzen von Metallen wie etwa Magnesiumlegierung, Aluminiumlegierung und Zinklegierung brauchbar wäre.
Zum Beispiel schlägt die veröffentliche japanische Patentanmeldung Nr. Hei 9-85416 eine Heißangußform vor, die für das Spritzen von metallischen Materialien wie Magnesiumlegierung, Aluminiumlegierung und Zinklegierung geeignet ist.
Hinsichtlich ihrer Merkmale haben die obigen Metalle jedoch einen Schmelzpunkt von 400°C bis 700°C, der deutlich höher als der von Harz ist, und sie haben eine deutliche höhere thermische Leitfähigkeit als die von Harz.
Deshalb wirft die direkte Anwendung der existierenden Form der Heißanguß-Spritzmaschine zur Anwendung mit Harz bei der direkten Anwendung auf das Spritzen von geschmolzenem Metall folgende Probleme auf.
Wegen einer sehr großen Temperaturdifferenz zwischen dem heißen geschmolzenen Metall (Material) und der Form wird gleichzeitig mit dem Spritzen die Hitze des Materials von der mit der Düse in Kontakt stehenden Form und von im Hohlraum verfestigtem Produkt schnell aufgenommen. Für die Verfestigung fällt die Temperatur des Materials im Anschnittbereich in die Nähe der Temperatur der Form, die deutlich niedriger als der Schmelzpunkt des Materials ist. Aus diesem Grund muß zum Schmelzen des Materials im Anschnittbereich, um den Anschnittbereich für den nächsten Spritzvorgang zu öffnen, das Material im Düsenanguß auf mehrere hundert Grad oder darüber erhitzt werden. Dies bedeutet, daß das Öffnen des Einlasses schwierig ist, was ihn für den praktischen Betrieb ungeeignet macht.
Andererseits muß beim Öffnen der Form nach dem Spritzen die Temperatur des Materials innerhalb des Anschnittbereichs und der Düse in dessen Nähe auf einen für die Verfestigung ausreichenden niedrigen Wert abgefallen sein. Anderenfalls kann das geschmolzene Material aus der Düsenspritze lecken, oder hinter dem Anschnittbereich liegendes geschmolzenes Material kann von der Düsenspitze ausgestoßen werden, was möglicherweise zu einem unerwarteten Unfall führen kann.

Bei der in der oben beschriebenen japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 9 85 416 beschriebenen Erfindung ist der Einlauf mit einem Schlitz oder Kreisloch mit 0,1 bis 0,5 mm Durchmesser ausgebildet, so daß der Flußwiderstand des den Einlauf durchquerenden geschmolzenen Metalls höher als der Restdruck des geschmolzenen Metallmaterials im Flußdurchgang wird, um so das geschmolzene Metall daran zu hindern, aus dem Einlauf zu lecken.

Da das geschmolzene Material aus dem Einlauf ständig frei liegt, kann beim Öffnen der Form ein Lecken des geschmolzenen Materials dennoch vorkommen. Außerdem können Temperaturschwankungen des hinter dem Einlauf liegenden geschmolzenen Materials oder Schwankungen von Gasen und Druck zu einem Ausstoß von geschmolzenem Metall aus dem Einlauf führen.

Aus diesen Gründen war trotz seiner höheren Materialausbeute und Produktivität das Metallspritzen mit der Heißanguß-Spritzmaschine tatsächlich äußerst schwierig durchzuführen.

Aus der DE 40 32 509 C2 ist eine Spritzgußdüse für eine Spritzgießeinrichtung für Kunststoffschmelzen bekannt, wobei eine thermische Anschnittsteuerung verwendet wird. Weil bei Metallschmelzen mit wesentlich höheren Temperaturen gearbeitet wird als bei Kunststoffschmelzen, ist diese Spritzgießeinrichtung nicht zum Spritzgießen von Metallen geeignet.

Aus der DE 44 44 092 A1 ist eine Spritzgießeinrichtung für Kunststoff- und Aluminiumdruckguß bekannt, bei der ein Temperaturmessfühler vorgesehen ist, mit dem die Temperatur während eines Gießzyklus gemessen und mit einer vorgegebenen Soll-Temperatur verglichen wird. Die Kühl- oder Heizmedien werden in Abhängigkeit von Abweichungen der gemessenen Ist-Temperatur von der gewünschten Soll-Temperatur gesteuert. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung wird den erhöhten Temperaturbereichen beim Metallguss und den Problemen bei der Temperaturverteilung in der Düsen... nicht Rechnung getragen.

Aus der DE 195 31 161 A1 ist eine Warmkammer-Druckgießmaschine für Magnesiumlegierungen bekannt, bei der eine Temperaturüberwachung erfolgt und das Mundstück des Gießbehälters und die Düse mit einer induktiven Heizeinrichtung beheizt sind. Die Probleme, die mit einer Temperatursteuerung mit einem Anschnittbereich zwischen dem Anguss der Düse und dem Einlauf der Düse verbunden sind, sind nicht angesprochen, da ein Anschnittbereich nicht vorgesehen sind.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen und das Heißanguß-Spritzen auch auf Metalle anwendbar zu machen. Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Form für eine Heißanguß-Spritzmaschine und ein Verfahren zum Herstellen der Form anzugeben, die für das Spritzen von geschmolzenen Metallen wie etwa geschmolzener Magnesiumlegierung geeignet sind und in der Lage sind, beim Spritzgießen von Metallen den Anschnittbereich beim Öffnen der Form mit verfestigtem Metall sicher zu blockieren und beim nächsten Spritzvorgang den Anschnittbereich schnell zu öffnen.

Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine Form nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.

Die Temperaturmeßeinrichtung erfaßt die Temperatur des Anschnittbereichs und senden das Ergebnis der Erfassung an die Heizsteuerungseinrichtung. Die Heizsteuerungseinrichtung vergleicht z.B. eine voreingestellte Temperatur mit der erfaßten Temperatur, und wenn festgestellt wird, daß die Temperatur des Anschnittbereichs niedriger als die voreingestellte Temperatur ist, gibt sie ein Steuersignal an die Heizeinrichtung aus, um die Düse zu erhitzen. Dies erlaubt es, die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich auf einem bestimmten Pegel oder darüber zu halten, und macht es so möglich, das Metall im Anschnittbereich durch eine geringe Erhitzung beim nächsten Spritzvorgang schnell zu schmelzen und das Metall gießfähig zu machen.

Die Wärmeisolationsmittel verringern die Wärmemenge, die vom Anschnittbereich zur Form wandert. Der Grund dafür, solche Wärmeisolationsmittel vorzusehen, ist der folgende. Wenn der Anschnittbereich und der Einlaufabschnitt neben dem Anschnittbereich in Kontakt mit der Form sind, wird eine größere Wärmemenge vom Metall im Anschnittbereich an die Form abgestrahlt. Obwohl die Heizeinrichtung Hitze auf die Düse übertragen, um die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich auf einem bestimmten Pegel oder darüber zu halten, wandert aus diesem Grund eine große Wärmemenge zur Form, was es schwierig macht, die Temperatur auf einem bestimmten Pegel zu halten. Zusätzliche Wärmeenergie wird zum Erhitzen benötigt. Insbesondere wenn eine besonders hohe Differenz zwischen der Temperatur des Metalls im Düsenanguß und der Temperatur des Metalls im Anschnittbereich besteht, wobei die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich niedriger als der Schmelzpunkt des Metalls ist, kann im Betrieb der Heizeinrichtung die Temperatur des Metalls im Anguß den Schmelzpunkt überschreiten, mit dem Ergebnis, daß heißes geschmolzenes Metall im Anguß das Metall im Anschnittbereich schmelzen und aus der Düsenspitze lecken oder daraus ausgestoßen werden kann. Um die obigen Mängel durch Verringern der Temperaturunterschiede zwischen dem Inneren der Düse, insbesondere dem Anschnittbereich und dem Anguß, zu verringern, sind die Wärmeisolationsmittel um den Anschnittbereich einschließlich eines Teiles des Einlaufes angeordnet.

Die Wärmeisolationsmittel können die Form eines zwischen der Form und der Düse definierten und mit Luft, Keramik oder dergleichen gefüllten Spaltes haben.

Es ist wünschenswert, den Anschnittbereich so nah wie möglich am Hohlraum zu positionieren. Jedoch nimmt die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich drastisch ab, wenn der Anschnittbereich an den Hohlraum und die bewegliche Form geführt wird, deren Temperatur niedrig ist. Wenn der Anschnittbereich dem Hohlraum näherkommt, kommt er dementsprechend einem Produkt von niedriger Temperatur in dem Hohlraum oder der beweglichen Formplatte von niedriger Temperatur nahe, was zu einem schnellen Abfall der Temperatur des Metalls in dem Anschnittbereich führt. Es ist daher wünschenswert, eine Position so nahe wie möglich am Hohlraum und eine Position zu wählen, die es erlaubt, die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich nach dem Anschnitt auf einem geeigneten Niveau zu halten.

Im Falle der Erwärmung der Düse durch die Heizeinrichtung wird die Temperatur des Metalls um so niedriger, so weiter es von den Heizeinrichtungen entfernt ist, wohingegen die Abfallgeschwindigkeit der Metalltemperatur um so größer wird, je näher es zur Düsenspitze kommt. Deshalb ist bei der Düse nach der Erfindung die Position des Anschnittbereichs nach einem Verfahren zur Bestimmung der Position des Anschnittbereichs festgelegt, das später beschrieben wird. Bei einer Düse, die den so festgelegten Anschnittbereich hat, ist es bevorzugt, die Metalltemperatur auf eine Temperatur im Bereich 400°C bis 580°C zu halten, wenn das Metall z.B. Magnesiumlegierung ist.

Wenn die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich höher als die obere Grenze dieses Bereiches ist, kann das durch die Heizeinrichtung erhitzte Metall im Düsenanguß eine so hohe Temperatur erreichen, daß der Schmelzpunkt überschritten wird, mit dem Ergebnis, daß das geschmolzene Metall aus dem Anschnittbereich lecken kann. Wenn hingegen die Temperatur niedriger als die untere Grenze dieses Bereiches ist, wird mehr Zeit benötigt, um das verfestigte Metall in der Nähe des Anschnittbereichs zu schmelzen, was zu einer verlängerten Zykluszeit des Spritzens führt, was es für die praktische Anwendung ungeeignet macht.

Wenn das geschmolzene Metall eine Magnesiumlegierung ist, haben die Erfinder die optimale Position und Haltetemperatur des Anschnittbereichs nach einem Verfahren bestimmt, das später beschrieben wird.

Dadurch wurde gezeigt, daß der Anschnittbereich im wesentlichen im mittleren Bereich zwischen der Düsenspitze und dem vorderen Endabschnitt der Induktionsheizspule positioniert sein sollte. Durch wiederholten Versuch und Irrtum wurde gezeigt, daß der verfestigte Zustand des Metalls im Anschnittbereich auf der Temperatur nahe am Schmelzpunkt stabil gehalten werden kann, während das Metall im Düsenanguß beim Öffnen der Form in geschmolzenem Zustand gehalten wird, indem eine Steuerung der Heiztemperatur so vorgesehen wird, daß die Temperatur der Magnesiumlegierung im Anschnittbereich im Bereich zwischen 520°C und 560°C liegen kann.

Auf diese Weise kann die Magnesiumlegierung mit optimaler Zykluszeit gespritzt werden, wobei jede Gefahr eines Leckens des geschmolzenen Metalls aus dem Anschnittbereich beim Öffnen der Form vermieden wird.

Anstelle der Wärmeisolationsmittel oder in Verbindung mit der Bildung der Wärmeisolationsmittel kann der Düsenkörper aus Keramik hergestellt sein, wobei die Peripherie der Düse mit einem metallischen äußeren Rohr abgedeckt ist und das metallische äußere Rohr eine darum gewickelte Induktionsheizspule hat, so daß geschmolzenes Metall in einen zwi schen dem Metall des äußeren Rohres und dem keramischen Düsenkörper gebildeten Spalt fließt.

Gemäß dieser Konstruktion ist der Düsenkörper aus Keramik mit geringer thermischer Leitfähigkeit gebildet, so daß die Menge von dem geschmolzenem Metall im Einlauf an die Form abgeführter Wärme verringert werden und dadurch der Temperaturabfall des Metalls im Einlauf unterdrückt werden kann. Eine zusätzliche Effektivität wird erreicht durch die Bildung der Wärmeisolationsmittel um die Düse.

In diesem Fall besteht ein Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Metall, das die feste Formplatte bildet, und der Keramik, die die Düse bildet, so daß ein Spalt zwischen der festen Formplatte und der Düse beim Einspritzen von geschmolzenem Metall in den Hohlraum gebildet werden kann, der zu einem Rückströmen des geschmolzenen Metalls im Hohlraum in den Spalt führen kann.

Dies ist der Grund dafür, weshalb zwischen der Düse und der festen Formplatte der Spalt so gebildet ist, daß geschmolzenes Metall diesen Spalt auffüllt. Die Bildung eines zu dem Spalt führenden Loches in der Düse ermöglicht das Auffüllen des geschmolzenen Metalls gleichzeitig mit dem Spritzen von Metall. Das in den Spalt gefüllte geschmolzene Metall hat nicht nur die Wirkung, ein Rückströmen von Metall aus dem Hohlraum als Ergebnis einer Blockierung des Spaltes zu verhindern, sondern auch, die Wärme von den Heizeinrichtungn wirksam durch das äußere metallische Rohr zur Düse zu führen.

Eine Wärmeabstrahlungseinrichtung kann an der Düse an deren Spitze angeordnet sein, um eine Wärmeabstrahlung vom Metall beim Öffnen der Form zu beschleunigen. Die Wärmeabstrahlungseinrichtung kann die Form eines Elementes mit hoher Wärmeabstralungsfähigkeit, das an der Spitze der Düse befestigt ist, oder die Form eines an der Spitze der Düse gebildeten Kühlungsluftdurchganges haben.

Das Vorsehen solch einer Wärmeabstrahlungseinrichtung kann eine schnelle Verfestigung des Metalls im Düsenspitzenbereich beim Öffnen der Form beschleunigen. Andererseits ist die Peripherie des Anschnittbereichs durch die Wärmeisolationsmittel wämeisoliert, so daß das Metall im Anschnittbereich auf einer bestimmten Temperatur oder darüber gehalten wird. Dies erlaubt es der Position des Anschnittbereichs, so nahe wie möglich an die Düsenspitze heranzukommen.

Bei der Form, wie in den Ansprüchen 1 bis 6 definiert, ist die Position des Anschnittbereichs entsprechend dem nachfolgenden Verfahren zur Bestimmung der Position des Anschnittbereichs bestimmt.

Das Verfahren umfaßt die Schritte des Anbringens der Heizeinrichtung zum Heizen von in der Düse vorhandenem Metall an einer beliebigen Position an der Düse, das Anbringen einer Mehrzahl von Temperaturmeßpunkten zum Messen der Temperatur des in der Düse vorhandenen Metalls in einem vorgegebenen Abstand in einem Bereich von der Spitze zur Düse zu den Heizeinrichtungn; das Auswählen wenigstens eines Temperatursteuerungs-Zielpunktes als Referenz für die Temperatursteuerung aus der Mehrzahl von Temperaturmeßpunkten; das Vorsehen einer Steuerung für die Heizeinrichtung beim Öffnen der Form, so daß Metall in wenigstens einem mit den Heizeinrichtungn ausgestatteten Bereich in den geschmolzenen Zustand gebracht wird und die Temperatur des Temperatursteuerungs-Zielpunktes auf einem konstanten Niveau gehalten wird, das niedriger als der Schmelzpunkt des Metalls ist; das Messen der Temperaturverteilung der anderen unter den mehreren Meßpunkten, wenn die Temperatur des Temperatursteuerungs-Zielpunktes konstant gehalten wird; das Bestimmen, aus den Ergebnissen der Messung, eines optimalen Temperaturbereiches, wo der verfestigte Zustand des Metalls beim Öffnen der Form stabil aufrechterhalten wird und wo die Temperatur des verfestigten Metalls dem Schmelzpunkt des Metalls am nächsten liegt, und das Setzen eines Anschnittbereichs in den optimalen Temperaturbereich.

Bei der Erzeugung eines Temperaturverteilungsgraphen der Mehrzahl von Temperaturmeßpunkten auf Grundlage der Meßergebnisse ist bevorzugt, daß die Bedingungen einschließlich der Positionen der Düse, der Düsen-Wärmeabstrahlungseinrichtung, der Düsen-Wärmeisolationsmittel oder -Heizeinrichtung geeignet gewählt werden, um zu gewährleisten, daß die Temperaturverteilungskurve wenigstens einen Bereich hat, wo der Gradient der Kurve sanft oder im wesentlichen eben wird, so daß der im wesentlichen ebene Temperaturbereich als der optimale Temperaturbereich definiert wird.

Der Temperaturgradient kann gesteuert werden durch Vorsehen diverser Wärmeisolationsmittel oder durch Vorsehen von der Wärmeabstrahlungseinrichtung.

Wenn das geschmolzene Metall eine Magnesiumlegierung ist, ist der optimale Temperaturbereich mit Hilfe der Wärmeisolationsmittel oder der Wärmeabstrahlungseinrichtung vorzugsweise so gesteuert, daß er im Bereich von 520°C bis 560°C liegt.

Gemäß einem anderen Beispiel der Form für die Heißanguß-Spritzmaschine ist eine Form vorgesehen, die eine bewegliche Formplatte mit einem Hohlraum und eine feste Formplatte mit einer Düse zum Einspritzen von geschmolzenem Metall in den Hohlraum sowie Heizeinrichtung zum Heizen von in der Düse vorhandenem Metall umfaßt, wobei die Form einen an der beweglichen Formplatte angeordneten Ausstoßstift, der in der Lage ist, den Hohl raum zu durchqueren, um in den Anschnittbereich vorzustoßen, einen zum Vorwärtsbewegen und Zurückziehen des Ausstoßstiftes zwischen dem vorgeschobenen Zustand und dem zurückgezogenen Zustand angeordnetem Antrieb und eine Antriebsteuereinrichtung zum Schaffen einer Antriebssteuerung des Antriebes umfaßt.

Diese Konstruktion ermöglicht eine Zwangsöffnung des Anschnittbereichs durch den Ausstoßstift vor dem Einspritzen von Metall.

Das Antriebssteuereinrichtung gibt einen Befehl aus, der es dem Ausstoßstift ermöglicht, vorzustoßen, wenn nach dem Schließen der Form die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich eine vorgegebene Temperatur erreicht.

Indem man den Ausstoßstift vorstoßen läßt, um den Anschnittbereich zwangszuöffnen, wenn die Temperatur des im Anschnittbereich verfestigten Metalls nach dem Schließen der Form eine voreingestellte Temperatur, z.B. 500°C im Fall einer Magnesiumlegierung mit Schmelzpunkt 596°C, erreicht hat, ist es möglich, die Zykluszeit des Heißanguß-Spritzens zu verkürzen und die Temperatur des Anschnittbereichs bequem zu kontrollieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine teilweise vergrößerter Schnittansicht einer Düse gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
2(a) eine Ansicht der Spitze der Düse 1 im Teilschnitt, die als Modell zum Bestimmen der Position eines Anschnittbereichs dient;
2(b) ist eine graphische Darstellung, die eine Temperaturverteilung für jede Einstelltemperatur des Tempera-tursteuerungs-Zielpunktes zeigt;
3 eine graphische Darstellung, die Änderungen der Temperatur an einem Anschnittbereich im Falle des Spritzens einer Magnesiumlegierung mit der Düse zeigt, deren Anschnittbereichposition auf der Grundlage die Kurveischen Darstellung von 2(a) festgelegt worden ist;
4 einen Schnitt durch eine Düse gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung, wobei die Düse auf einer festen Formplatte montiert ist;
5 einen Schnitt durch die Düse aus 4 entlang einer Linie A-A;
6 eine graphische Darstellung, die das Verfahren zum Bestimmen der Position des Anschnittbereichs bei der zweiten Ausgestaltung der Erfindung erläutert;
7 einen Teilschnitt der Düsenspitze, die ein Beispiel für an der Düsenspitze angeordnete Wärmeabstrahlungseinrichtung zeigt;
8 einen vergrößerter Querschnitt eines Form-Düsenabschnittes in einer dritten Ausgestaltung der Erfindung; und
9 einen Schnitt durch eine Form für die Heißanguß-Spritzmaschine.
In der folgenden Beschreibung ist das zu spritzende Metall eine Magnesiumlegierung mit einem Schmelzpunkt von 596°C (z.B. ASTM-Standards, AZ91D).
1 ist ein vergrößerter Querschnitt eines Düsenabschnittes der Form für die Heißanguß-Spritzmaschine, konstruiert gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Düse 1 in ein Düsentragloch 3a eingefügt, das in einer festen Formplatte 3 gebildet ist. Das Düsentragloch 3a hat einen größeren Lochdurchmesser als der äußere Durchmesser der Düse 1, um einen Zwischenraum 16 zwischen der Düse 1 und der festen Formplatte 3 zu definieren. Um die Spitze der Düse 1 auf einer Oberfläche (der an einer beweglichen Formplatte 4 anstoßenden Oberfläche) der festen Formplatte 3 zu tragen, hat das Loch von dem mittigen Bereich zu einer Oberfläche hin einen reduzierten Durchmesser.
Der Zwischenraum 16 ist mit Luft gefüllt, so daß Luft und der Zwischenraum 16 zusammen Wärmeisolationsmittel bilden. Es liegt auf der Hand, daß die Wärmeisolationsmittel etwas anderes als Luft, z.B. Stickstoffgas, sein können, oder daß ein äußeres Keramikrohr um die Düse 1 gefügt sein kann, um die Wärmeisolationsmittel zu bilden.
Eine Induktionsheizspirale 14, die als Heizeinrichtung wirkt, ist um einen in der Düse 1 gebildeten Anguß 11 gewickelt. Ein Abschnitt von kleinem Durchmesser, der zwischen einem Einlauf 12 und dem Anguß 11 der Düse 1 definiert ist, hat die Form des Anschnittbereichs 13 zum Trennen eines Produktes von der Düse 1, wenn die Form geöffnet wird. Ein Temperatursensor 15 ist in der Nähe des Anschnittbereichs 13 zum Messen der Temperatur des im Anschnittbereich 13 vorhandenen Metalls eingebaut. Ergebnisse der vom Temperatursensor 15 durchgeführten Messung werden über einen Leitungsdraht 15a einem Heizungscontroller (nicht gezeigt) zugeführt.
Der Heizungscontroller vergleicht eine erfaßte Temperatur von im Anschnittbereich 13 vorhandenem Metall mit einer voreingestellten Temperatur des Anschnittbereichs 13, um eine an die Induktionsheizspule 14 anzulegende Spannung zu steuern. Wenn die erfaßte Metalltemperatur niedriger als die voreingestellte Temperatur ist, gibt der Controller ein Signal aus, um die an die Induktionsheizspule 14 angelegte Spannung auf eine vorgegebene Spannung aufzubauen und dadurch das Metall im Anguß 11 zu erhitzen und so die Temperatur des im Anschnittbereich 13 vorhandenen Metalls zu erhöhen. Wenn die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich 13 die voreingestellte Temperatur erreicht, wird die Spannung auf die vorgegebene Spannung abgesenkt.
Der Anschnittbereich 13 ist in dem Bereich gebildet, wo der Zwischenraum 16 definiert ist. Dabei ist ein Teil des Einlaufes 12, der dem Anschnittbereich 13 benachbart ist, auch im Bereich des Zwischenraumes 16 angeordnet. Wenn L1 die Länge des Kontaktes der Düse 1 mit der festen Formplatte 3 ist, ist L2 so eingestellt, daß die Beziehung L1<L2 erfüllt ist, wobei L2 der Abstand von einer Oberfläche der festen Formplatte 3, wo sich die Spitze der Düse 1 befindet, zum Anschnittbereich 13 ist. Der Abstand L2 zum Anschnittbereich 13, d.h. die Position des Anschnittbereichs 13, kann wie folgt bestimmt werden.
2(a) ist eine Teilschnittansicht der Spitze der Düse 1, die als ein Modell zum Bestimmen der Position des Anschnittbereichs 13 dient.
Zunächst sind, wie in 2(a) gezeigt, eine Mehrzahl von (z.B. 7) Meßpunkten S1 bis S7 in einem vorgegebenen Abstand (z.B. von 1 mm) entlang der Axialrichtung der Düse 1 vom Ende der als Modell dienenden Düse 1 an vorgesehen. Es ist bevorzugt, daß die Meßpunkte S1 bis S7 so nahe wie möglich an der inneren Peripherie des Einlaufes 12 und des Angusses 11 liegen, um die tatsächliche Temperatur des in der Düse 1 vorhandenen Metalls messen zu können. Der Temperatursensor ist an jedem so vorgesehenen Meßpunkt eingebaut. Ein Meßpunkt wird willkürlich als Referenz für die von dem Heizungscontroller durchgeführte Heizungssteuerung ausgewählt. Der Heizungscontroller ist eingestellt, um eine konstante Temperatur an diesem Meßpunkt (im folgenden als Temperatursteuerungs-Zielpunkt bezeichnet) zu gewährleisten. Dann werden die Einstelltemperaturen des Heizungscontrollers unterschiedlich geändert, so daß Temperaturverteilungen an Meßpunkten abhängig von den eingestellten Temperaturen in graphischer Darstellung erhalten werden.
2(b) zeigt eine Kurve der Temperaturverteilungen an den Meßpunkten S1 bis S7 in Abhängigkeit von den eingestellten Temperaturen. Die Ordinate dieser Kurve stellt die Meßtemperatur (°C) dar, und die Abszisse stellt die Meßpunkte S1 bis S7 dar.
In dem in 2(a) und 2(b) gezeigten Modell ist der Meßpunkt S4 als Temperatursteuerungs-Zielpunkt ausgewählt (im folgenden wird der Meßpunkt S4 speziell als Temperatursteuerungs-Zielpunkt S4 bezeichnet). Dann werden die Einstelltemperaturen des Heizungscontrollers so variiert, daß eine Metalltemperatur am Temperatursteuerungs-Zielpunkt S4 von 500°C, 550°C und 580°C resultiert.
Dann wurde die Temperatur am Temperatursteuerungs-Zielpunkt S4 und den anderen Meßpunkten S1 bis S7 beim Öffnen der Form gemessen und die Ergebnisse wurden in die Kurveischen Darstellung aufgetragen.
Bei der so erhaltenen graphischen Darstellung traten Regionen A und B auf, in denen die Kurven einen kleinen oder geringen Gradienten haben. Die Region A ist ein von den Wärmeisolationsmitteln umgebenes Gebiet, das den Temperatursteuerungs-Zielpunkt S4 enthält, dessen Temperatur unter der Steuerung des Heizungscontrollers im wesentlichen konstant ist. Die Region B ist ein Gebiet, wo Metall in der Düse 1 direkt von der Induktionsheizspule 14 erhitzt wird. Links von der Region A, d.h. zum Ende der Düse 1 hin, hat die Kurve einen stärker abfallenden Gradienten. Dies liegt daran, daß Wärme vom Produkt im Hohlraum und von der mit der Düse 1 in Kontakt stehenden Form schnell absorbiert wird.
Wenn die eingestellte Temperatur 580°C beträgt, liegt die Temperatur in der Region A im Bereich 580°C, was geringfügig niedriger als der Schmelzpunkt ist, obwohl die Temperatur in der Region B durch direkte Beheizung durch die Induktionsheizspule 14 auf ca. 670°C erhöht ist. Bei dieser eingestellten Temperatur erlaubt es die Anbringung des Anschnittbereichs 13 in der Region A, Metall im Anschnittbereich 13 aufgrund der Gegenwart von heißem Metall im Anguß 11 leicht zu schmelzen, was möglicherweise zu einem Lecken von geschmolzenem Metall aus der Spitze der Düse 1 führen kann.
Wenn die eingestellte Temperatur auf 550°C gesenkt wird, resultiert eine Temperatur in der Region B von ca. 630°C, was geringfügig höher als der Schmelzpunkt ist. Die Metalltemperatur in der Region A liegt im Bereich von 550°C, und die Temperatur von geschmolzenem Metall in der Region B ist nicht viel höher als der Schmelzpunkt, so daß der verfestigte Zustand in der Region A stabil aufrechterhalten werden kann. Daher besteht keine Gefahr des Leckens von geschmolzenem Metall, unabhängig von der Anbringung des Anschnittbereichs 13 in der Region A.
Wenn die eingestellte Temperatur auf 500°C gesenkt wird, wird die Temperatur des Metalls in der Region B niedriger als der Schmelzpunkt, so daß das Metall im Anguß 11 im wesentlichen verfestigt. Deshalb wird angenommen, daß bei dieser eingestellten Temperatur eine beträchtliche Heizzeit für die nächste Einspritzung erforderlich ist.
Dreieckige Diagrammpunkte in 2(b) stellen eine Kurve dar, die in Fällen erhalten wurde, wo der Meßpunkt S3 als Temperatursteuerungs-Zielpunkt anstelle des Meßpunktes S4 bei der eingestellten Temperatur von 530°C gewählt wurde. Die so erhaltene Kurve entsprach näherungsweise dem für den Temperatursteuerungs-Zielpunkt S4 bei einer eingestellten Temperatur von 550°C erhaltenen Kurve.
2 hat die Fälle gezeigt, wo die Temperaturen am Temperatursteuerungs- Zielpunkt S4 500°C, 550°C und 580°C betrugen. Entsprechende Kurven werden für die verbleibenden Meßpunkte S1 bis S7 erzeugt. Es wäre ferner bevorzugt, die eingestellten Temperaturen an den Temperatursteuerungs-Zielpunkten S1 und S7 weiter zu unterteilen, um Messungen durchzuführen.
Anhand der so erhaltenen Ergebnisse kann der Anschnittbereich 13 in oder vorzugsweise im wesentlichen in der Mitte der Region A zwischen dem Meßpunkt S6, wo die Heizinduktionsspule 14 beginnt, und dem Meßpunkt S1 angeordnet werden, wo die Spitze der Düse 1 in Kontakt mit der festen Formplatte 3 ist.
Wie in 2(b) zu sehen, ist die Region A ein Gebiet mit einem kleinen, im wesentlichen flachen Gradienten. Je kleiner der Gradient der Kurve wird, um so geringer ist der Einfluß von Schwankungen der Temperatur des geschmolzenen Metalls innerhalb der Düse 1. Dies bedeutet, daß ein flacherer Gradient der Kurve anzeigt, daß der Zustand des Metalls stabilisiert aufrechterhalten werden kann. Bei dieser Ausgestaltung ist die Region A eine optimale Temperaturregion für die Anbringung des Anschnittbereichs 13. Der Anschnittbereich 13 ist vorzugsweise im wesentlichen in der Mitte der Region A, d.h. am oder nahe am Meßpunkt S3 oder S4, dem Zielpunkt für die vom Heizungscontroller durchgeführte Temperatursteuerung, angeordnet. Die Steuerungs-Zieltemperatur kann bei 530°C (im Bereich von 520°C bis 540°C) liegen, wenn der Anschnittbereich 13 an oder nahe an dem Meßpunkt S3 angeordnet ist, und bei 550°C (im Bereich von 540°C bis 560°C), wenn der Anschnittbereich 13 an oder nahe an dem Meßpunkt S4 angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung war der Anschnittbereich 13 im wesentlichen in der Mitte zwischen den Meßpunkten S1 und S6 angeordnet, und der Heizungscontroller war eingestellt, um die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich bei 520°C bis 560°C zu halten, wodurch befriedigende Spritzergebnisse erzielt wurden.
Es ist zu beachten, daß die Position des Anschnittbereichs 13 in Abhängigkeit von der Temperatur der Form, dem Lochdurchmesser des Anschnittbereichs 13 der Düse 1, der Länge des Kontaktes der Form mit der Düse 1, dem Material (Wärmeleitfähigkeit) und der Dicke der Düse 1, der Position der Anbringung der Wärmeisolationsmittel und der Form der Wärmeisolationsmittel, der Position der Anbringung der Induktionsheizspule 14 an der Düse 1 und der Wärmekapazität der Induktionsheizspule 14 variiert, so daß es bei der Konstruktion der Düse 1 bevorzugt ist, für alle Bedingungen zu messen, um in der gleichen Weise wie oben die optimale Position zu bestimmen.
Auch in diesem Fall wird der Temperaturverteilungsgraph, wie in 2(b) gezeigt, erzeugt, obwohl der langsam veränderliche Abschnitt in der bevorzugten Form, wie in 2(b) dargestellt, je nach Bedingungen nicht im Temperaturverteilungsgraphen auftreten muß. In einem solchen Fall können einige Bedingungen, wie etwa die Position der Heizspule 14, geändert werden, so daß die Kurve einen langsam veränderlichen Bereich in der bevorzugten Form, so nahe wie möglich an der Ebenheit, haben kann.
3 zeigt einen Temperaturveränderungsgraphen, der erhalten wurde, wenn Magnesiumlegierung tatsächlich mit der Form gespritzt wurde, die den Anschnittbereich mit der nach dem obigen Verfahren bestimmten Position hat.
Im Zustand der Öffnung der Form vor dem Zeitpunkt T1 zeigt der in die Düse 1 in der Nähe des Anschnittbereichs eingebaute Temperatursensor 550°C. Der Schmelzpunkt der Magnesiumlegierung ist 596°C, und der Anschnittbereich ist im optimalen Temperaturbereich angeordnet, so daß der verfestigte Zustand während des Öffnens der Form stabil aufrechterhalten werden kann.
Zum Zeitpunkt T1 wird die Form geschlossen, um das Spritzen durchzuführen, und die Düse 1 wird durch eine Induktionsheizspule 24 erhitzt. Nachdem Verstreichen einer relativ kurzen Zeitspanne, d.h. am Zeitpunkt T2, zeigt der Temperatursensor eine Temperatur am Anschnittbereich von 630°C an, die höher als der Schmelzpunkt ist. Somit schmilzt zum Zeitpunkt T3 Metall im Anschnittbereich schnell, wodurch es möglich wird, die Form zu öffnen.
Danach, zum Zeitpunkt T3, wenn die Erhitzung durch die Induktionsheizspule 24 beendet ist oder unmittelbar zuvor, wird die Magnesiumlegierung eingespritzt. Aufgrund des Endes der Beheizung kann die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich geringfügig fallen, dennoch wird der Anschnittbereich durch das hinter der Düse 1 liegende heiße Metall und den Spritzdruck leicht geöffnet. Die Spritzzeit endet nach ca. 0,04 Sekunden. Anschließend, bis zum Zeitpunkt T4, wo die Form geöffnet wird, wird der geschlossene Zustand der Form beibehalten, um das im Hohlraum vorhandene Metall zu verfestigen. Der Anschnittbereich wird durch den Betrieb des Temperaturcontrollers so gesteuert, daß er bei 560°C liegt.
Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung wird nun mit Bezug auf 4 und 5 beschrieben. 4 ist ein Schnitt durch die Düse gemäß der zweiten Ausgestaltung, und 5 ist ein Schnitt durch die Düse 4 entlang der Linie A-A.
Die zweite Ausgestaltung unterscheidet sich in der Form der Wärmeisolationsmittel von der ersten Ausgestaltung. Das heißt, die Düse 21 ist aus Keramik hergestellt und von einem metallischen äußeren Rohr 27 umgeben. Die Induktionsheizspule 24 ist um die Peripherie des äußeren Rohres 27 gewickelt.
Auch bei dieser Ausgestaltung ist ein (nicht gezeigter) Temperatursensor in der Nähe des Anschnittbereichs 23 angeordnet. In der gleichen Weise wie bei der obigen Ausgestaltung schafft ein Heizungscontroller eine Steuerung des Betriebes der Induktionsheizspule auf Grundlage der Ergebnisse von von dem Temperatursensor durchgeführten Messungen.
Ein winziger Spalt 29 ist zwischen dem äußeren Rohr 27 und der Düse 21 definiert. Der winzige Spalt 29 ist so ausgebildet, daß er bei normaler Temperatur eine Breite von im wesentlichen Null hat. Das heißt, der Spalt 29 wird als Ergebnis eines Unterschiedes der Wärmeausdehnung zwischen dem Metall und der Keramik gebildet, wenn das Metall (Magnesiumlegierung) in die Düse 21 geflossen ist. Ein Ende des Spaltes 29 ist durch einen Flansch 21a der Düse blockiert, und das andere Ende ist von der Spitze der Düse 21 aus nach außerhalb der festen Formplatte 3 offen.
Diese Form ermöglicht es Metall im Anguß 25, durch ein Loch 26 in den Spalt 29 einzudringen und so ein Rückströmen von Metall aus dem Hohlraum 4a zu verhindern. Luft im Spalt 29 wird ausgetrieben, so daß der Spalt zwischen dem metallischen äußeren Rohr 27 und der Keramikdüse 29 mit Metall (Magnesiumlegierung) mit hoher Wärmeleitfähigkeit gefüllt wird, wodurch durch die Induktionsheizspule 24 erzeugte Wärme effektiv zur Düse 21 geführt werden kann.
Bei dieser Ausgestaltung wird genauso wie bei der vorhergehenden Ausgestaltung die Temperatur von der Spitze der Düse 21 an gemessen, so daß ein Graph wie in 2(b) erzeugt wird, um den optimalen Temperaturbereich zu finden, so daß der Anschnittbereich 23 an dieser Stelle angeordnet wird.
Mit Bezug auf 6 wird ein Verfahren zum Bestimmen der Position des Anschnittbereichs 23 bei dieser Ausgestaltung beschrieben.
Bei dieser Ausgestaltung ist die Düse 21 aus Keramik mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit gefertigt, und so ist es unmöglich, das in 2(b) und der vorhergehenden Ausgestaltung beschriebene Verfahren unverändert zu verwenden, um so die Position des Anschnittbereichs 23 zu bestimmen. Der Grund dafür ist, daß, wie durch den Graphen I in 6 (durch eine Strichpunktlinie dargestellt) gezeigt, wenn der Meßpunkt S4 als Temperatursteuerungs-Zielpunkt mit einer eingestellten Temperatur von z.B. 500°C gewählt wird, eine unzureichende Erhitzung des Metalls im Anguß 25 eine Verfestigung des Metalls verursacht. Ein Versuch, das Metall im Einlauf 25 ständig im geschmolzenen Zustand zu halten, erfordert eine Erhöhung der eingestellten Temperatur des Temperatursteuerungs-Zielpunktes S4 auf bis zu 580°C, wie an einem Graphen II aus 6 zu erkennen, was für den praktischen Gebrauch ungeeignet ist.
Aus der obigen Beschreibung ist leicht zu erkennen, daß der Temperatursteuerungs-Zielpunkt in Richtung der Spitze der Düse 21 verschoben werden muß, wenn die Düse stark wärmeisolierende Eigenschaften hat, wie die Düse 21.
Wenn, wie in einem Graphen III aus 6 gezeigt, der Meßpunkt S2 als Temperatursteuerungs-Zielpunkt bei einer eingestellten Temperatur von 550°C gewählt wird, so tritt ein sanft abschüssiger, nahezu ebener Bereich bei einer Temperatur am oder nahe am Schmelzpunkt in der Umgebung des Temperatursteuerungs-Zielpunktes S2 auf. Dabei wird das Metall in dem Bereich, um den die Induktionsheizspule 24 gewickelt ist, auf ca. 630°C gehalten, was eine geeignete Temperatur zur Aufrechterhaltung des geschmolzenen Zustandes ist. Daran ist zu verstehen, daß der Anschnittbereich 23 in der Region C positioniert werden muß, wo die Kurve III einen kleineren, nahezu flachen Gradienten erreicht. Genauer gesagt kann der Anschnittbereich 23 z.B. am Meßpunkt S2 angeordnet sein.
Dies bedeutet, daß verbesserte Wärmeisolationseigenschaften der Düse 21 es erlauben, die Position des Anschnittbereichs 23 näher an den Hohlraum 4a heran zu führen.
Wenn es bei Wärmeisolationsemitteln mit hoher Isolationsfähigkeit unmöglich ist, den verfestigten Zustand des Metalls beim Öffnen der Form stabil aufrechtzuerhalten, weil der Temperaturgradient des Metalls in der Düse 21 trotz einer Bewegung des Temperatursteuerungs-Zielpunktes zur Spitze der Düse 21 sanft ist, so kann die Wärmeabstrahlung von der Spitze der Düse 21 gefördert werden, um so den Temperaturgradienten absichtlich zu erhöhen.
Ein Beispiel für die Wärmeabstrahlungseinrichtung wird mit Bezug auf 7(a) und 7(b) beschrieben. Die Wärmeabstrahlungseinrichtung von 7(a) umfassen ein Wärmeabstrah-lungselement 30, z.B. aus Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, das an der Spitze der Düse 21 befestigt ist. Das Wärmeabstrahlungseinrichtung aus 7(b) umfaßt ein Kühlluft-Kommunikationsloch 31, das an der Spitze der Düse 21 gebildet ist, so daß Kühlluft durch das Kühlluft-Kommunikationsloch 31 fließen kann.
So ist es möglich, einen Graphen wie den Graphen IV aus 6 zu erhalten, der an der Spitze der Düse 21 scharf fallende Temperaturen zeigt.
Eine dritte Ausgestaltung der Erfindung wird nun mit Bezug auf 8 beschrieben. 8 ist ein vergrößerter Querschnitt eines Düsenabschnittes einer Form gemäß der dritten Ausgestaltung der Erfindung.
Bei dieser Ausgestaltung ist die bewegliche Formplatte 4 mit einem Stift 41, der den Hohlraum 4a durchquert, um in eine Position jenseits von einem Anschnittbereich 33 der Dü se 31 vorzustoßen, und mit einem Zylinder 42 versehen, der als Antrieb zum Vor- und Zurückbewegen des Stiftes 41 zwischen dem vorgeschobenen und dem zurückgezogenen Zustand dient.
Zu beachten ist, daß die Düse der festen Formplatte 3 den gleichen Aufbau wie bei der ersten Ausgestaltung hat, und daß infolgedessen in 8 die gleichen Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und nicht erneut beschrieben werden.
Der Zylinder 42 ist in einem hitzebeständigen Behälter 40 untergebracht, der in die bewegliche Formplatte 4 eingebaut ist. Der Stift 41 ist an einer Kolbenstange 42a befestigt, die aus dem Zylinder 42 frei vorstoßen und zurückweichen kann.
Es versteht sich, daß der oben beschriebene Antriebsmechanismus einschließlich des Zylinders 42 durch einen bekannten Antriebsmechanismus für einen Ausstoßstift ersetzt werden kann, der zum zwangsweisen Trennen eines Formteiles vom Hohlraum 4a vorgesehen ist.
Koaxial zum Anschnittbereich 13 der Düse 1 erstreckt sich ein Durchgangsloch vom Hohlraum 4a zum Behälter 40, so daß der Stift 41 durch das Durchgangsloch 40a durch den Antrieb des Zylinders 42 austreten kann.
Der Stift 41 stößt hinter dem Anschnittbereich 13 bis zum Anguß 11 durch den Antrieb des Zylinders 42 vor. Beim Spritzen bewegt sich der Stift 41 zum Hohlraum 4a und wird im wesentlichen bündig mit dem Boden des Hohlraumes 4a. In diesem Zustand wird das Spritzen durchgeführt. Der Stift 41 ist vorzugsweise aus Keramik mit einer hohen Hitzebeständigkeit und einem kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt.
Der Antrieb des Zylinders 42 ist durch eine (nicht gezeigte) Antriebssteuereinrichtung gesteuert. Die Antriebssteuereinrichtung gibt einen Befehl aus, der den Stift 41 veranlaßt, vorzustoßen, wenn die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich 13 nach dem Schließen der Form eine vorgegebene Temperatur erreicht hat.
Dies wird mit Anwendung auf das Spritzen nach der ersten Ausgestaltung beschrieben.
Wenn eine vorgegebene Spannung an die Induktionsheizspule 14 angelegt ist, um die Düse 1 zu beheizen, und die Temperatur des Metalls im Anschnittbereich 13 z.B. 500°C überschreitet, gibt das Antriebssteuereinrichtung ein Befehlssignal zum Antreiben des Zylinders 42 aus, das es dem Stift 41 erlaubt, vorzustoßen. Das Metall im Anschnittbereich 13 hat eine ziemlich hohe Temperatur, schmilzt aber nicht vollständig, und deshalb kann der Anschnittbereich leicht geöffnet werden, indem der verfestigte Abschnitt unter Verwendung des Stiftes 41 zum Anguß 11 geschoben wird.
Nach dem Öffnen des Anschnittbereichs 13 wird der Stift 41 in der beweglichen Formplatte 4 durch den Antrieb des Zylinders 42 untergebracht, und von der Düse 1 herabgeschmolzenes Metall wird in den Hohlraum 4a eingespritzt.
Um z.B. ein Brechen des Stiftes 41 oder eine Beschädigung der Düse 1 zu vermeiden, ist die Antriebssteuereinrichtung vorzugsweise mit einem Sicherheitsmaßnahmenteil zum Anhalten des Antriebes des Zylinders oder zum Anhalten des Betriebes der Heißanguß-Spritzmaschine in dem Fall ausgestattet, daß eine ein vorgegebenes Niveau überschreitende Last auf den Stift 41 wirkt.
Zwar sind die bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben worden, doch soll die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausgestaltungen beschränkt sein.
Als Beispiel wurde bei der ersten Ausgestaltung der Meßpunkt S4 als Anschnittbereich 13 vorgesehen, da, wenn die Metalltemperatur am vierten Meßpunkt S4 auf 550°C gehalten wird, die Temperatur am Meßpunkt S4 unmittelbar vor dem Öffnen der Form 580°C erreicht. Es kann allerdings statt dessen jede andere Position verwendet werden, so lange sie in die Region A der Kurve von 2 fällt.
Im Fall einer Magnesiumlegierung (ASTM-Standards; AZ91D) mit Schmelzpunkt von 596°C war die am gesteuerten Punkt einzuhaltende optimale Metalltemperatur 550°C. Da aber die optimale Temperatur je nach Metall unterschiedlich ist, muß lediglich die optimale Temperatur für jedes zu spritzende Metall gefunden werden. Im Fall anderer Metalle (z.B. ASTM-Standards, AM60B; Magnesiumlegierung mit Schmelzpunkt 615°C), die einen Schmelzpunkt nahe an der Schmelztemperatur der in den obigen Ausgestaltungen behandelten Magnesiumlegierung hat und eine ähnliche Natur des Metalls hat, sollten die Zahlenwerte der obigen Ausgestaltungen als Referenz dienen.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Metalltemperatur im Anschnittbereich auf einem bestimmten Niveau oder darüber zu halten und das Metall im Anschnittbereich durch ein geringfügiges Erhitzen beim nächsten Einspritzen zu schmelzen und so den spritzbaren Zustand zu erreichen. Aus diesem Grund können für die praktische Anwendung brauchbare Zykluszeiten erreicht werden. Durch die Fähigkeit, den Anschnittbereich selektiv an einer geeigneten Position anzuordnen, ist es möglich, eine Form für eine Heißanguß-Spritzmaschine zu schaffen, die für Magnesiumlegierung oder andere Metalle geeignet ist, und die nach dem Öffnen der Form frei von Lecken des geschmolzenen Metalls aus der Düsenspitze ist.
Die Form mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmter Position des Anschnittbereichs ist umfassend anwendbar, nicht nur auf das Heißangußspritzen von Metall wie etwa Magnesiumlegierung, Aluminiumlegierung und Zinklegierung, sondern auch auf ein Heißkanalsystem von anderen Arten von Metallen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der optimalen Position eines Einlauf-Schneidabschnittes (13; 23) zwischen einem Einlauf (12) und einem Anguß (11) einer Düse (1) einer Heißanguß-Spritzmaschine mit den Schritten: Anbringen von Heizmitteln (14; 24) zum Beheizen von in der Düse (1; 21) vorhandenem Metall an einer geeigneten Position an der Düse (1; 21); Anbringen einer Mehrzahl von Temperaturmeßpunkten zum Messen der Temperatur des in der Düse (1; 21) vorhandenen Metalls in einem vorgegebenen Abstand in einem Bereich von der Spitze der Düse (1; 21) zu den Heizmitteln (14; 24); Wählen wenigstens eines Temperatursteuerungs-Zielpunktes als Referenz für die Temperatursteuerung aus der Mehrzahl der Temperaturmeßpunkte; Steuern der Heizmittel (14; 24) so, dass beim Öffnen der Form Metall in wenigstens einem mit den Heizmitteln (14; 24) versehenen Bereich in geschmolzenen Zustand gebracht wird, und daß die Temperatur des Temperatursteuerungs-Zielpunktes auf einem konstanten Niveau gehalten wird, das niedriger als der Schmelzpunkt des Metalls ist; Messen der Temperatur-Verteilung an den anderen Temperaturmeßpunkten, während die Temperatur des Temperatursteuerungs-Zielpunktes konstant gehalten wird; Bestimmen, aus den Ergebnissen dieser Messung, eines optimalen Temperaturbereichs, in dem ein verfestigter Zustand des Metalls beim Öffnen der Form stabil aufrechterhalten wird und in dem die Temperatur des verfestigten Metalls dem Schmelzpunkt des Metalls am nächsten liegt; und Anbringen eines Einlauf-Schneidabschnittes (13; 23) in diesem optimalen Temperaturbereich.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die folgenden weiteren Schritte ausgeführt werden: Erzeugen eines Temperaturverteilungsgraphen für die Mehrzahl der Temperaturmeßpunkte auf Grundlage der Ergebnisse der vorgenommenen Messungen, geeignetes Auswählen von Bedingungen einschließlich der Positionen der Düse (1; 21), von Wärmeabstrahlungsmitteln oder der Heizmittel (14; 24) an der Düse (1; 21), um zu gewährleisten, daß der Temperaturverteilungsgraph wenigstens einen Bereich hat, in dem sein Gradient sanft oder im wesentlichen flach wird, so daß dieser im wesentlichen flache Bereich als der optimale Temperaturbereich definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das geschmolzene Metall eine Magnesiumlegierung ist und der optimale Temperaturbereich zwischen 400°C und 580°C, insbesondere zwischen 520°C und 560°C liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Wärmeisoliermittel oder Wärmeabstrahlungsmittel an der Düse (1; 21) gebildet werden, um den Temperaturgradienten des Metalls von einer Position, an der das Heizmittel (14; 24) angeordnet ist, zu der Spitze der Düse (1; 21) einzustellen.
Metall-Heißanguß-Spritzmaschine mit den folgenden Merkmalen: eine bewegliche Formplatte (4), die einen Hohlraum (4a) aufweist; eine feste Formplatte (3), die eine Düse (21) aus Keramik zum Einspritzen von geschmolzenem Metall in den Hohlraum (4a) aufweist, und die eine Spitze und einen Durchgang (26) hat; ein metallisches äußeres Rohr (27), das einen Umfang der Düse (21) umgibt, so dass ein Spalt (29) dazwischen gebildet ist, so dass das geschmolzene Metall durch den Durchgang (26) in den Spalt (29) fließt; eine Induktionsheizspule (24), die als Heizmittel (24) um das metallische äußere Rohr (27) gewickelt ist, um das in der Düse (21) vorhandene Metall, das an einer Position entfernt von der Spitze angeordnet ist, zu heizen; ein Einlauf-Schneidabschnitt (23), an dem ein Einlaufschnitt durchgeführt wird, wobei der Einlauf-Schneidabschnitt (23) in der Düse (21) zwischen dem Heizmittel (24) und der Spitze angeordnet ist, so dass die Temperatur des Metalls in der Düse (21) beim Öffnen der Form stabil haltbar ist, um das Metall in einem verfestigten Zustand nahe der Metall-Schmelztemperatur zu halten; wenigstens ein Temperaturmeßmittel, das benachbart zu dem Einlauf-Schneidabschnitt (23) angeordnet ist, um die Temperatur des Metalls in dem Einlauf-Schneidabschnitt (23) zu messen; ein Heizsteuermittel, das mit dem Heizmittel (24) verbunden ist, zum Bereitstellen einer Heizsteuerung der Düse (21) durch das Heizmittel (24) basierend auf dem Ergebnis einer Messung durch das wenigstens eine Temperaturmeßmittel, wobei das Heizsteuermittel das Heizmittel (24) so steuert, dass das Metall in der Düse (21) benachbart zum Heizmittel (24) bei Betriebszeit immer in geschmolzenem Zustand ist; und ein Wärmeisolationsmittel, das an der Düse (21) angeordnet ist, um wenigstens eine Fläche abzudecken, an der der Einlauf-Schneidabschnitt (23) gebildet ist; wobei das Wärmeisolationsmittel eine Temperaturverteilung des Metalls in der Düse (21) von einem Bereich, in dem das Heizmittel (24) gebildet ist, zu der Spitze der Düse (21) anpasst.
Heißanguß-Spritzmaschine nach Anspruch 5, bei der die Düse (21) an ihrer Spitze angeordnete Wärmeabstrahlungsmittel (30; 31) hat, um die Wärmeabstrahlung des Metalls beim Öffnen der Form zu beschleunigen.
Heißanguß-Spritzmaschine nach Anspruch 6, bei der das Wärmeabstrahlungsmittel (30; 31) die Form eines an der Spritze der Düse (21) befestigten Elementes (30) mit hoher Wärmeabstrahlungsfähigkeit oder die Form eines an der Spitze der Düse (21) gebildeten Kühlluft-Flußdurchganges (31) hat.
Heißanguß-Spritzmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei noch folgendes vorgesehen ist: ein Stift (41) der an der beweglichen Formplatte (4) vorgesehen ist, wobei der Stift (41) einen zurückgezogenen Zustand hat, in dem eine Spitze des Stifts (41) bündig mit einer Oberfläche des Hohlraums (4a) ist, und wobei der Stift (41) einen hervorstehenden Zustand hat, in dem der Stift (41) den Hohlraum (4a) durchquert und in eine Innenseite der Düse (21) eintritt, um sich in den Einlauf-Schneidabschnitt (23) hinein zu erstrecken; Antriebsmittel (42), die mit dem Stift (41) verbunden sind, um den Stift (41) zwischen dem hervorstehenden und dem zurückgezogenen Zustand vorzustoßen und zurückzuziehen; und Antriebssteuermittel, die mit dem Antriebsmittel (42) verbunden sind und dieses steuern.