DE10017393B4

DE10017393B4 - Verfahren zur Herstellung von Druckgußkörpern sowie Dauerform

Info

Publication number: DE10017393B4
Application number: DE2000117393
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Bohling; Ulrich Bösche; Dieter Sendzik
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2020-04-08
Also published as: DE10017393A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Druckgußkörpern, bei dem ein schmelzflüssiges Material (14) unter hohem Druck in den Formhohlraum (8) einer Dauerform (1) eingegossen wird, die mindestens zwei Formteile (2a, 2b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfaßt:
Verfahren des beweglichen, ersten, Formteils (2a) gegen das feste, zweite, Formteil (2b), wobei das erste und/oder das zweite Formteil mit mindestens einem beweglichen Formeinsatz (9) versehen sind, Befüllung des sich ergebenden Formhohlraums (8) mit schmelzflüssigem Material (14) unter Druck, wobei sich der Formeinsatz (9) in einer fixierten, ersten Position befindet, sowie Verschieben des Formeinsatzes (9) innerhalb des Formhohlraums (8) in eine zweite Position und gleichzeitige Nachverdichtung des erstarrenden Gußkörpers über die gesamte formbildende Fläche (12) des Formeinsatzes (9).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druckgußkörpern, bei dem ein schmelzflüssiges Material unter hohem Druck in den Formhohlraum einer Dauerform eingegossen wird, die mindestens zwei Formteile aufweist. Zudem betrifft die Erfindung eine entsprechende Dauerform.
Bei der Druckgießtechnik werden Metalle im teigigen oder flüssigen Zustand unter hohem Druck in eine sich üblicherweise aus zwei Formteilen zusammensetzende Dauerform eingegossen, um darin zu erstarren. Ein Füllkammer-Kolben-System dient zum Füllen des Formhohlraums mit Schmelze. Allerdings ist eine vollständige Dichtspeisung des mit einem Volumendefizit erstarrenden Gußteils in der Nachdruckphase über den Gießkolben meist nicht mehr möglich, was zu der bei Druckteilen häufig zu beobachtenden Erstarrungsporosität mit einer unerwünschten Zahl an Poren und Fehlstellen und somit einer Verminderung des Dichtegrades führt, die die mechanischen Eigenschaften des Gußteils verschlechtern.
Aus der DE 195 11 182 ist ein derartiges Druckgießverfahren mit einer Dauerform, die ein Gießlauf-Anschnitt-System aufweist, bekannt. Das Gießlauf-Anschnitt-System besteht aus dem Gießlauf, der das flüssige Metall von der Füllkammer bis in Formhohlraumnähe führt, und aus dem Anschnitt, der die unmittelbare Einmündung des Laufs in den Formhohlraum ausbildet. Es wird ein Anschnittschieber vorgeschlagen, der zur Beeinflussung des Anschnittquerschnitts verfahrbar ist. Nach erfolgter Formfüllung wird der Anschnittschieber so weit zurückgefahren, dass ein genügend großer Querschnitt entsteht, durch den während der Nachdruckphase das erstarrende Gußteil mittels des anliegenden Kolbendrucks über den Gießlauf möglichst lange dichtgespeist werden kann. Anschließend wird der Anschnittschieber in seine Ausgangsposition verfahren und übernimmt hierbei eine Squeezingfunktion, indem durch die Querschnittsminimierung Schmelze aus dem Anschnitt noch in den Formhohlraum verdrängt wird.
Aus der WO 98/43761 ist ein Verfahren und eine Gießform für die Niederdruckgießtechnik mit formseitigem Nachverdichten beschrieben. Die Schmelze wird in den Formhohlraum eingefüllt, der durch zwei Formhälften aufgespannt wird, die an verfahrbaren Formträgern befestigt sind. Eine Verdichtungsfunktion zur Verminderung von Luftporen und Fehlstellen im erstarrenden Gußkörper wird erreicht durch Verdichtungsmittel, die den einen Formträger und somit eine Formhälfte in ihrer Gesamtheit unter Druckaufbringung relativ zum anderen verschiebt.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Weiterentwicklung eines gattungsgemäßen Verfahrens für die Druckgießtechnik sowie einer Dauerform, die neben dem Gießen mit hohen Drücken bzw. Geschwindigkeiten einen die Gußqualität verbessernden Nachverdichtungsschritt erlauben.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das bewegliche, erste, Formteil gegen das feste, zweite, Formteil verfahren wird, wobei das erste und/oder das zweite Formteil mit mindestens einem beweglichen Formeinsatz versehen sind, dass sich ergebende Formhohlraum mit schmelzflüssigem Material unter Druck befüllt wird, wobei sich der Formeinsatz in einer fixierten, ersten Position befindet, dass der Formeinsatz innerhalb des Formhohlraums in eine zweite Position verschoben und der erstarrende Gußkörper über die gesamte formbildende Fläche des Formeinsatzes gleichzeitig nachverdichtet wird.
Um ein besonders porenarmes Druckgußteil herzustellen, wird vorzugsweise vorgeschlagen, den Formhohlraum vor und/oder während der Formfüllung und/oder während der Nachverdichtung zu evakuieren. Auf diese Weise wird zusätzlich zu dem Nachverdichtungsschritt die Bildung von Lunkern, Rissen und Oxiden minimiert, was insbesondere von Vorteil bei der Verarbeitung von Magnesium ist, da dieses Metall leicht oxidiert.
Gleichzeitig wird eine Dauerform vorgeschlagen, wobei das erste, bewegliche, und/oder das zweite, feste, Formteil mit mindestens einem Formeinsatz mit formbildender Fläche versehen sind, wobei der Formeinsatz verschiebbar ist zwischen einer den Formhohlraum mitbildenden ersten Position und einer das Volumen des Formhohlraums verkleinernden Position zur Nachverdichtung des erstarrenden Gußkörpers über die gesamte formbildende Fläche des Formeinsatzes.
Die vorgeschlagene Dauerform verbindet die positiven Eigenschaften einer Form für das Druckgießen mit einem hohen und homogenen Nachverdichtungsgrad des Gußkörpers. Es können auf diese Weise porenarme Druckgußteile mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, insbesondere auch aus im Verhältnis schwer vergießbaren Leichtmetallen bzw. deren Legierungen auf Aluminium- oder Magnesiumbasis, vergossen werden.
Für den Nachverdichtungs- bzw. Squeezing-Schritt werden nicht die Formteile in ihrer Gesamtheit verfahren, sondern mindestens ein Formeinsatz innerhalb der Formteile, wobei der Formeinsatz selbst an der Formbildung teilnimmt. Es ist somit ein großflächiges formseitiges Nachverdichten möglich.
Dieses Verschieben des Formeinsatzes kann soweit gehen, dass das erste Formteil als Tauchrahmen für den Formeinsatz des anderen Formteils ausgebildet ist und der Formeinsatz die gesamte Gravur beinhaltet. Indem das erste Formteil selbst schon während der ersten Position der Formfüllung den Formeinsatz teilweise bzw. vollständig umgreift, wird eine Dauerform bereitgestellt, die der Belastung durch die mit hoher Kolbengeschwindigkeit eingebrachten Schmelze sicher standhält. Zusätzlich wird in der Phase des Nachverdichtens über ein rein partielles Nachverdichten hinaus ein großflächiges Verdichten des erstarrenden Gußkörpers über die gesamte Fläche des Formeinsatzes ermöglicht, indem der Formeinsatz innerhalb des ihn umgreifenden ersten Formteils verschoben und auf den erstarrenden Gußkörper gedrückt wird.
Zur Verschiebung des Formeinsatzes zwischen den Positionen der Formfüllung und des Nachverdichtens weist dieses Verschiebemittel auf, die vorzugsweise mechanischer oder hydraulischer Art sind.
Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform umfassen die Verschiebemittel zwei aneinander abgleitende keilförmige Elemente, wobei das erste keilförmige Element in Verbindung mit der dem Formhohlraum gegenüberliegenden Wand des Formeinsatzes steht und das zweite keilförmige Element daran so angreift, daß der Formeinsatz in Richtung Formhohlraum und zurück verschiebbar ist. Nach der Ausführungsform mit den Merkmalen des Anspruchs 7 handelt es sich bei den Verschiebemitteln für den Formeinsatz um einen sich in einem Zylinder über Hydraulikmittel verschiebbaren Kolben mit an dem Formeinsatz angreifenden Kolbenstange.
Insbesondere sind die beiden Formteile mit Oberflächengravuren zur Bildung einer an den Gußkörper angepaßten Abdruckoberfläche versehen. Dies ermöglicht ein endabmessungsnahes Gießen – auch von Gußkörpern mit komplizierten Geometrien und Oberflächen – mit den Vorteilen der Einsparung oder Minimierung von teuren und zeitaufwendigen Nachbearbeitungsschritten.
Grundsätzlich ist auch denkbar, dass die Formteile nicht nur ein, sondern zwei oder mehrere Formeinsätze aufweisen, wobei die Anzahl sich aber durch die vorteilhafte großflächige Formverdichtung beschränkt. So kann ein Formeinsatz mehrteilig ausgebildet sein, der mit gemeinsamen Verschiebemitteln bewegt wird. Eine solche Variante ist beispielsweise zum Wärmespannungsausgleich im Druckgußteil und somit Erhalt von Druckgußteilen mit hoher Toleranzgenauigkeit günstig. Falls mehrere Formeinsätze mit jeweils eigenen Verschiebemitteln vorhanden sind, steigt die Variationsmöglichkeit des Nachverdichtens bzw. Squeezings.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Dauerform für das Druckgießen eine erste Tragplatte, die das erste Formteil aufspannt, sowie eine zweite Tragplatte, die gegenüberliegend zur ersten Tragplatte angeordnet ist, mit einem zweiten Formteil. Des weiteren dient die zweite Tragplatte zur Befestigung der Verschiebemittel und somit des Formeinsatzes. Die zweite Tragplatte wird von dem Füllkammer-Kolben durchdrungen, der sich bis in den Formhohlraum erstreckt, der im wesentlichen zwischen dem ersten Formteil und dem im zweiten Formteil schwimmend angeordneten Formeinsatz gebildet wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen:
1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Dauergußform während der Phase der Kammerfüllung;
2 einen Querschnitt der Dauergußform nach 1 während der Phase der Formfüllung;
3 einen Querschnitt der Dauergußform nach 1 während der Nachverdichtungsphase;
4 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Dauergußform mit einer ersten bevorzugten Ausführungsform für die Verschiebemittel des Formeinsatzes;
5 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Dauergußform mit einer zweiten bevorzugten Ausführungsform für die Verschiebemittel des Formeinsatzes.
Der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Dauerform 1 für das Druckgießen wird anhand der 3 näher beschrieben. Die Dauerform 1 umfaßt ein erstes, zum Öffnen der Form verfahrbares, Formteil 2a, welches eine dem späteren Gußkörper entsprechende Teilgravur 3 aufweist. Das erste Formteil 2a wird von einer ersten Tragplatte 4 gehalten (vgl. 4 und 5). Ein zweites Formteil 2b der Dauerform ist fest an einer zweiten Tragplatte 5 befestigt, die von der Füllkammer 6 bzw. dem sich darin unter Druckaufbringung verschiebbaren Kolben 7 durchdrungen wird. Die Füllkammer 6 mündet in den Formhohlraum 8, der durch das erste und zweite Formteil 2a, 2b sowie den Formeinsatz 9 gebildet wird und sich bei dieser Ausführungsform im wesentlichen vertikal erstreckt. Auch die Oberfläche 12 des Formeinsatzes 9 ist mit einer Gravur versehen. Der Formeinsatz 9 ist schwimmend innerhalb des zweiten Formteils 2b, das an der zweiten Tragplatte 5 angrenzt, angeordnet. Die Mittel 11, die gleichzeitig eine Fixierung des Formeinsatzes während der Befüllungsphase gegen den Befüllungsdruck sowie eine Verschiebung des gleitfähigen bzw. schwimmenden Formeinsatzes in der Nachverdichtungsphase gewährleisten, sind in 3 nur schematisch dargestellt, mit dem Pfeil wird die Verschieberichtung in der Nachverdichtungsphase dargestellt.
Der Formhohlraum 14 ist mit einem Vakuum-System 13 verbunden, das zusätzlich zur Entgasung der Schmelze und Reduzierung von eingeschlossenen Luftporen oder Oxiden dient. Die Unterdruckbeaufschlagung ist beispielsweise mittels eines Unterdruck-Anschlußventils möglich.
Aus der Abfolge der 1 bis 3 wird der Gießprozeß in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dauerform deutlich.
In der ersten Phase der Kammerfüllung bilden das erste und zweite Formteil sowie der Formeinsatz im zweiten Formteil den Formhohlraum. Der Formeinsatz ist fixiert in den Formwandungen des zweiten Formteils angeordnet. Die Füllkammer 6 wird mit Schmelze 15 gefüllt. In der zweiten Phase (2) wird der Formhohlraum 13 durch die Vorschubbewegung des Kolbens 7 mit hoher Geschwindigkeit, beispielsweise 3 bis 10m/s, mit Schmelze 15 gefüllt. Der Formeinsatz ist in dieser Phase ebenfalls noch fixiert. Durch den Druckvorgang in die Schmelze eingebrachte Luft kann bereits durch das Vakuum-System 13 abgesaugt werden.
In der dritten Phase des Nachverdichtens (3) wird der Formeinsatz 9 unter Beibehaltung der Endstellung des Kolbens 7 von seiner ersten Position (1 und 2) in Richtung einer zweiten Position bewegt, so dass der erstarrende Gußkörper großflächig über die gesamte formbildende Fläche 12 des Formeinsatzes verdichtet wird. In dieser Phase hält der Kolben 7 die Einfüllöffnung verschlossen.
In den 4 und 5 werden zwei mögliche Ausführungsformen für die Verschiebemittel des Formeinsatzes gezeigt. Bauteile der Druckgußform, die mit denen der 1 bis 3 übereinstimmen, weisen die gleichen Bezugszeichen auf.
Der in 4 gezeigte Querschnitt der Dauergußform verdeutlicht die Verschiebemittel für den Formeinsatz 9 nach dem Keilprinzip. Der an der Formwandung des zweiten Formteils 2b gleitend angeordnete Formeinsatz 9 weist an seiner dem Formhohlraum 8 gegenüberliegenden Wand 15 einen Keil 16 auf, der an einem zweiten Keil 17 abläuft, der entlang der zweiten Tragplatte 5 in vertikaler Richtung abgleitet. Antriebsmittel für die vertikale Bewegung des zweiten Keils 17 sind mit 18 angedeutet. Durch das vertikale Herabfahren des zweiten Keils 17 wird der erste Keil 16 und somit der Formeinsatz 9 in Richtung Formhohlraum 8 verschoben. Das Keilprinzip gewährleistet zudem während des Füllvorgangs eine fixierte Position des Formeinsatzes.
Zur vorteilhaften Unterstützung des Gießprozesses gerade für schwervergießbare Metalle, wie Magnesium, sind in das erste Formteil 2a entlang der Gravur 3 Heizelemente 19 eingebracht. Um den Gießvorgang bzw. Erstarrungsvorgang im Formhohlraum sicher zu steuern, ist eine Isolierung 20 in das erste Formteil 2a eingebracht, welches den Formeinsatz 9 sowie die Mündung der Füllkammer umgibt. Die Füllkammer 6 wird beheizt, beispielsweise mittels einer Ummantelung 21 mit Heizdrähten, um eine Erstarrung des Materials bereits in der Füllkammer entgegenzuwirken.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform zum Verschieben des Formeinsatzes 9 zeigt 5. Die Horizontalbewegung des Formeinsatzes 9 wird über einen hydraulisch betriebenen Druckzylinder 22 erreicht.
Insgesamt wird mit der vorgeschlagenen Dauerform eine Gußform für das Druckgießen bereitgestellt, mit der Gußteile – selbst aus schwierig zu vergießenden Metallen – mit nahezu porenfreiem Gefüge mit geringer Einschlußhäufigkeit hergestellt werden können, die gute mechanische Eigenschaften aufweisen.

1: Dauerform
2a: erstes Formteil
2b: zweites Formteil
3: Gravur
4: erste Tragplatte
5: zweite Tragplatte
6: Füllkammer
7: Kolben
8: Formhohlraum
9: Formeinsatz
11: Fixierungs- und Verschiebemittel
12: mit einer Gravur versehene Oberfläche des Formeinsatzes
13: Vakuum-System
14: Schmelze
15: Formeinsatzwand
16: erster Keil
17: zweiter Keil
18: Antriebsmittel für die Bewegung des zweiten Keils
19: Heizelemente
20: Isolierung
21: ummantelte Füllkammer
22: Druckzylinder

Claims

Verfahren zur Herstellung von Druckgußkörpern, bei dem ein schmelzflüssiges Material (14) unter hohem Druck in den Formhohlraum (8) einer Dauerform (1) eingegossen wird, die mindestens zwei Formteile (2a, 2b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfaßt: Verfahren des beweglichen, ersten, Formteils (2a) gegen das feste, zweite, Formteil (2b), wobei das erste und/oder das zweite Formteil mit mindestens einem beweglichen Formeinsatz (9) versehen sind, Befüllung des sich ergebenden Formhohlraums (8) mit schmelzflüssigem Material (14) unter Druck, wobei sich der Formeinsatz (9) in einer fixierten, ersten Position befindet, sowie Verschieben des Formeinsatzes (9) innerhalb des Formhohlraums (8) in eine zweite Position und gleichzeitige Nachverdichtung des erstarrenden Gußkörpers über die gesamte formbildende Fläche (12) des Formeinsatzes (9).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder bei der Formfüllung und/oder bei der Nachverdichtung der Formhohlraum (8) der Dauerform (1) mit einem Unterdruck beaufschlagt wird.
Dauerform zum Druckgießen mit wenigstens einem ersten (2a) und einem zweiten Formteil (2b) sowie mit einem Füllkammer-Kolben-System (6, 7) zur Einbringung der zu vergießenden Schmelze mit hohem Druck in den Formhohlraum (8), dadurch gekennzeichnet, dass das erste, bewegliche, und/oder das zweite, feste, Formteil (2an 2b) mit mindestens einem Formeinsatz (9) mit formbildender Fläche (12) versehen sind, wobei der Formeinsatz verschiebbar ist zwischen einer den Formhohlraum mitbildenden ersten Position und einer das Volumen des Formhohlraums verkleinernden Position zur Nachverdichtung des erstarrenden Gußkörpers über die gesamte formbildende Fläche des Formeinsatzes.
Dauerform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formeinsatz (9) gleitend entlang der Formwandungen des zweiten Formteils (2b) angeordnet ist und im wesentlichen die Gravur vorgibt.
Dauerform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Formteil als Tauchrahmen für den Formeinsatz im zweiten Formteil ausgebildet ist.
Dauerform nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Formeinsatz (9) zwecks seiner Fixierung in der Befüllungsphase und Verschiebung in der Nachverdichtungsphase mit Mitteln (11) mechanischer oder hydraulischer Art versehen ist.
Dauerform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebemittel zwei aneinander abgleitende keilförmige Elemente (16, 17) sind, wobei das erste keilförmige Element (16) in Verbindung mit der dem Formhohlraum gegenüberliegenden Wand (15) des Formeinsatzes steht und das zweite keilförmige Element (17) daran so angreift, dass der Formeinsatz (9) in Richtung Formhohlraum (8) und zurück verschiebbar ist.
Dauerform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebemittel einen hydraulisch betätigbaren Druckzylinder (22) umfassen.
Dauerform nach einem der Ansprüche 3 bis 7 oder 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Formteil und/oder das zweite Formteil und der Formeinsatz mit Oberflächengravuren (3, 12) versehen sind.
Dauerform nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Formeinsatz mehrteilig ausgebildet ist mit gemeinsamen Verschiebemitteln.
Dauerform nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Formeinsätze mit unabhängig voneinander arbeitenden Verschiebemitteln vorgesehen sind.
Dauerform nach einem der Ansprüche 3 bis 11, mit einer ersten Tragplatte (4) für das erste Formteil (2a), mit einer zweiten Tragplatte (5), die der ersten Tragplatte gegenüberliegend angeordnet ist, an die Verschiebemittel (11) für den Formeinsatz (9) befestigt sind und in die eine Öffnung eingebracht ist zur Anordnung des Füllkammer-Kolbens (6, 7) zur Befüllung des durch das erste Formteil und im zweiten Formteil schwimmend angeordneten Formeinsatz aufgespannten Gießhohlraums (8).