DE10145191C1 - Production of a component comprises pressing a pre-material in a casting mold, homogeneously filling the mold with a partially liquid metallic material and a (partially) liquid alloy, and solidifying - Google Patents
Production of a component comprises pressing a pre-material in a casting mold, homogeneously filling the mold with a partially liquid metallic material and a (partially) liquid alloy, and solidifyingInfo
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Abstract
Description
Der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus teilflüssigen metallischen Werkstoffen mittels Druckgießen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mittels einer Warmkammer- Druckgußmaschine. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere eine verbesserte Übertragung des Nachverdichtungsdruckes ermöglicht.The invention relates to a method for producing near-net shape components from partially liquid metallic materials by means of die casting. The invention further relates to a Device for carrying out this method by means of a warm chamber Die casting machine. With the method according to the invention, a enables improved transmission of the post-compression pressure.
Für die Herstellung von endformnahen Bauteilen aus teilflüssigen Metallen und Legierungen, die auch partikelverstärkt sein können, mittels eines Druckgussverfahrens wird das zu vergießende Material zunächst derart in das Zweiphasengebiet erwärmt (Thixogießverfahren) bzw. abgekühlt (Rheogießverfahren), dass das Material vergossen oder verpresst werden kann. Anschließend wird das teilflüssige Material (üblicherweise in Bolzenform) in eine Gießkammer überführt und mit Hilfe eines Gießkolbens in eine Formkavität gedrückt. Ein derartiges Thixoforming-Verfahren offenbart beispielsweise die EP 1004374 A1.For the production of near-net shape components from partially liquid metals and Alloys, which can also be particle-reinforced, by means of a die casting process the material to be cast is first heated in the two-phase area (Thixo casting process) or cooled down (rheo casting process) that the material is shed or can be pressed. Then the partially liquid material (usually in Bolt shape) transferred into a casting chamber and into a with the help of a casting piston Mold cavity pressed. Such a thixoforming process, for example, discloses EP 1004374 A1.
Bei derartigen Verfahren ist es von entscheidender Bedeutung, dass sich durch Scherbelastungen während der Formgebung die Viskosität des teilflüssigen Materials erniedrigt (scherverdünnendes Verhalten). Nach Wegfall der Scherbelastung tritt ein Viskositätsanstieg auf. Dieses scherverdünnende Verhalten wird z. B. durch die Verwendung eines speziellen Vormaterials mit globulistischem Gefüge beim Thixogießen oder durch einen elektromagnetischen Rührprozess bei New Rheocasting erreicht. Während der Erstarrung des Metalls bzw. der Legierung in der Gussform muss über den Gießkolben ein hoher Druck zum Nachspeisen der Erstarrungs- und Abkühlungs schrumpfung aufgebracht werden, damit die Ausbildung innerer Lunker verhindert werden kann.With such procedures, it is crucial that Shear loads during the molding process the viscosity of the partially liquid material decreased (shear thinning behavior). After the shear load ceases to exist Viscosity increase on. This shear thinning behavior is such. B. through use a special raw material with a globulistic structure during thixo casting or through achieved an electromagnetic stirring process at New Rheocasting. During the solidification of the metal or alloy in the mold, the Pouring plunger a high pressure to make up the solidification and cooling shrinkage are applied to prevent the formation of internal voids can.
Die oben genannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass aufgrund des teilflüssigen Zustands des verpressten Materials die Druckübertragung vom Gießkolben über den Presskuchen und das Gießsystem bis in den Bauteilbereich der Gussform schwierig ist und von deutlichen Druckverlusten begleitet wird. Diese Druckverluste werden durch die innere Reibung im verpressten Material hervorgerufen. Um eine ausreichende Stabilität zu vergießender Thixobolzen zu gewährleisten, ist jedoch ein Mindestanteil an Festphase erforderlich. Bei der Verarbeitung partikelverstärkter Legierungen ist die Variationsbreite des Festphasenanteils durch den vorhandenen Partikelgehalt ebenfalls beschränkt.However, the above methods have the disadvantage that due to the partially liquid Condition of the pressed material, the pressure transmission from the casting piston via the Press cake and the casting system down to the component area of the mold is difficult and accompanied by significant pressure drops. These pressure drops are caused by the inner Friction caused in the pressed material. To ensure sufficient stability Ensuring shedding thixo bolts is a minimum percentage of solid phase required. When processing particle-reinforced alloys, the range of variation is Solid phase portion also limited by the existing particle content.
Um eine bessere Nachverdichtung und Nachspeisung im Bauteilbereich der Gussform zu erreichen, könnte der Gießkolbendruck erhöht werden. Dies hat jedoch Produktivitätsnachteile zur Folge, da hierfür Druckgießmaschinen mit höheren Zuhaltekräften benötigt werden. Außerdem bewirkt dies eine deutliche Zunahme des Form- und Maschinenverschleisses. In order to achieve better post-compression and make-up in the component area of the mold reach, the casting piston pressure could be increased. However, this has Productivity disadvantages result because die casting machines with higher Locking forces are required. In addition, this causes a significant increase in the shape and machine wear.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Nachspeisung im Bauteilbereich bekannt, bei dem Squeezepins oder Sekundärkolben in der Bauteilkavität verwendet werden. Ein derartiges Verfahren offenbart beispielsweise die DE 41 14 985 A1. Diese Verfahren sind allerdings regelungstechnisch schwierig zu beherrschen und führen außerdem in räumlicher Nähe zum Squeezepin zu einer verschlechterten Gefügeausbildung im Bauteil.Furthermore, a method for making up in the component area is known, in which Squeezepins or secondary pistons can be used in the component cavity. Such a thing The method is disclosed, for example, in DE 41 14 985 A1. However, these procedures are difficult to master in terms of control technology and also perform in close proximity to squeezepine to a deteriorated microstructure in the component.
Die DE 198 00 593 A1 beschreibt ein gießtechnisches Verfahren zur Herstellung von Gradientenbauteilen im teilflüssigen Zustand, bei dem mindestens zwei verschiedene Werkstoffe gleichzeitig oder in kurzer zeitlicher Abfolge in eine Gießform vergossen werden, um in bestimmten Bauteilbereichen optimierte Gefügeeigenschaften einstellen zu können.DE 198 00 593 A1 describes a casting process for the production of Gradient components in the partially fluid state, in which at least two different Pour materials into a mold at the same time or in short succession in order to set optimized structural properties in certain component areas can.
Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die endgültige Verteilung der verschiedenen Materialien im Bauteil nur sehr eingeschränkt einstellbar ist. Aus der vorgegebenen Geometrie der Bauteilkavität resultieren z. B. durch Totfließzonen, Wirbelzonen oder aufeinandertreffende Fließfronten ungünstige Strömungsverhältnisse. Die fertigen Bauteile weisen daher keine einheitliche Verteilung der verschiedenen Materialien auf.However, this method has the disadvantage that the final distribution of the different Materials in the component can only be set to a very limited extent. From the given Geometry of the component cavity results e.g. B. through dead flow zones, vortex zones or colliding flow fronts unfavorable flow conditions. The finished components therefore do not have a uniform distribution of the different materials.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu überwinden und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile teilflüssigen metallischen Werkstoffen anzugeben. Insbesondere soll dieses Verfahren eine verbesserte Übertragung des Nachverdichtungsdruckes ermöglichen.The invention has for its object the disadvantages of the prior art Overcoming technology and an improved process for producing near-net shape Specify components of partially liquid metallic materials. In particular, this should Process enable an improved transmission of the post-compression pressure.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie die Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.This object is achieved by the method according to claim 1 and the Device according to claim 11 solved. The subclaims give advantageous Training courses.
Erfindungsgemäß wird das oben genannte technische Problem durch ein Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus mindestens einem teilflüssigen metallischen Werkstoff mittels Druckgießen gelöst, bei dem ein zu vergießendes Vormaterial, das den mindestens einen teilflüssigen metallischen Werkstoff und eine weitere flüssige oder teilflüssige Legierung umfasst, in eine Gussform, die ein Gießsystem und einen Bauteilbereich umfasst, mittels eines Gießkolbens verpresst wird, wobei der Bauteilbereich der Gussform und ein kleiner angrenzender Bereich des Gießsystems mit dem mindestens einem teilflüssigen metallischen Werkstoff homogen gefüllt werden und das restliche Gießsystem mit der flüssigen oder teilflüssigen Legierung gefüllt wird. Die Gussform besteht hierbei in der Regel aus zwei Formhälften. Als metallische Werkstoffe sind im Sinne dieser Erfindung insbesondere thixotrope Legierungen, partikelverstärkte Legierungen und/oder Legierungen, die auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt wurden und mit einem Metalloxidgerüst gleichmäßig durchsetzt sind, d. h. Legierungen wie sie die DE 199 10 365 C1 offenbart, zu verstehen.According to the above technical problem is solved by a method for Production of near-net shape components from at least one partially liquid metallic Material solved by die casting, in which a primary material to be cast, the at least one partially liquid metallic material and another liquid or Partially molten alloy includes, in a mold that a casting system and a Component area includes, is pressed by means of a casting piston, the component area the mold and a small adjacent area of the casting system with the minimum a partially liquid metallic material can be filled homogeneously and the rest Pouring system with the liquid or partially liquid alloy is filled. The mold usually consists of two mold halves. For the purposes of this invention, metallic materials are, in particular, thixotropic Alloys, particle-reinforced alloys and / or alloys based on were produced by powder metallurgy and with a metal oxide structure are evenly interspersed, d. H. Alloys as disclosed in DE 199 10 365 C1 understand.
Der teilflüssige metallische Werkstoff und die flüssige oder teilflüssige Legierung unterscheiden sich in der chemischen Zusammensetzung und/oder im Aggregatszustand und können getrennt oder zusammen auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt bzw. abgekühlt werden.The partly liquid metallic material and the liquid or partly liquid alloy differ in chemical composition and / or in the state of aggregation and can be heated separately or together to different temperatures or be cooled.
Beispielsweise sind unter Materialien, die sich im Aggregatszustand unterscheiden zu
verstehen:
Flüssige oder teilflüssige Legierungen, die durch Erwärmen des teilflüssigen metallischen
Werkstoffs auf eine Temperatur im Solidus-Liquidus-Intervall, bei der ein geringerer
Festphasenanteil vorliegt, erhalten werden; analog auch teilflüssige metallische Werkstoffe,
die aus der flüssigen oder teilflüssigen Legierung durch Abkühlung in einen Zustand mit
höherem Festphasenanteil hergestellt werden. Außerdem können der teilflüssige
metallische Werkstoff und die flüssige oder teilflüssige Legierung hergestellt werden, indem
ein hierzu eingesetztes Material auf zwei unterschiedliche Temperaturen, bei denen ein
unterschiedlicher Festphasenanteil vorliegt, erwärmt bzw. abgekühlt werden.
Unter Materialien, die sich in der chemischen Zusammensetzung unterscheiden ist z. B. auch
zu verstehen, dass partikelverstärkte Legierungen bzw. Legierungen nach der
DE 199 10 365 C1 als teilflüssige metallische Werkstoffe eingesetzt werden und die
entsprechenden Legierungen mit einem geringeren Anteil an Partikelverstärkung bzw.
Metalloxidgerüst, bevorzugt aber ohne Partikelverstärkung bzw. Metalloxidgerüst, als
flüssige oder teilflüssige Legierungen eingesetzt werden. Im Fall teilflüssiger metallischer
Werkstoffe nach der DE 199 10 365 C1 kann auch eine Erwärmung über die
Liquidustemperatur der Legierung stattfinden, da durch das Metalloxidgerüst ein
Zusammenhalt gewährleistet wird.For example, materials that differ in their aggregate state are:
Liquid or partially liquid alloys which are obtained by heating the partially liquid metallic material to a temperature in the solidus-liquidus interval at which there is a lower proportion of solid phases; similarly also partially liquid metallic materials which are produced from the liquid or partially liquid alloy by cooling to a state with a higher solid phase content. In addition, the partially liquid metallic material and the liquid or partially liquid alloy can be produced by heating or cooling a material used for this to two different temperatures at which there is a different proportion of solid phases. Among materials that differ in chemical composition is e.g. B. also to understand that particle-reinforced alloys or alloys according to DE 199 10 365 C1 are used as partially liquid metallic materials and the corresponding alloys with a lower proportion of particle reinforcement or metal oxide structure, but preferably without particle reinforcement or metal oxide structure, as liquid or partially liquid alloys are used. In the case of partially liquid metallic materials according to DE 199 10 365 C1, heating can also take place above the liquidus temperature of the alloy, since cohesion is ensured by the metal oxide structure.
Als Druckgussverfahren kann sowohl ein Warmkammerverfahren als auch ein Kaltkammer verfahren verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt hierbei die Druckübertragung vom Gießkolben auf das Vormaterial direkt über die flüssige oder teilflüssige Legierung.Both a hot chamber process and a cold chamber can be used as the die casting process procedures are used. In this case, the pressure is preferably transmitted from Pour the plunger onto the primary material directly via the liquid or partially liquid alloy.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den ökonomischen Vorteil, dass der teilflüssige metallische Werkstoff, der aufgrund spezieller Anforderungen an das herzustellende Bauteil oft aus sehr teurem Material besteht, sehr sparsam verwendet werden kann. Als flüssige oder teilflüssige Legierung wird daher bevorzugt eine Legierung oder auch ein reines Metall eingesetzt, das billig ist und/oder recycelbar ist bzw. einem effizienten Recyclingprozess zugeführt werden kann.The method according to the invention offers the economic advantage that the partially liquid metallic material that is based on special requirements for the component to be manufactured often consists of very expensive material, can be used very sparingly. As a liquid or partially liquid alloy is therefore preferably an alloy or a pure metal used, which is cheap and / or recyclable or an efficient recycling process can be supplied.
Da weniger metallischer Werkstoff eingesetzt werden kann ergibt sich als weiterer Vorteil, dass die Zeit für eine induktive Erwärmung dieses Werkstoff gesenkt werden kann und damit die Energiekosten gesenkt werden können. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Kaltkammerverfahren sind dementsprechend auch weniger Thixoaufheizstationen für die Gewährleistung einer vorgegebenen Gießtaktrate erforderlich.Since less metallic material can be used, there is another advantage that the time for inductive heating of this material can be reduced and so that energy costs can be reduced. When performing the The inventive method as a cold chamber method are accordingly fewer thixo heating stations to ensure a given casting cycle rate required.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Gießsystem bis auf den dem Bauteilbereich angrenzenden Teil mit der flüssigen oder teilflüssigen Legierung gefüllt ist, wird außerdem erreicht, dass bei Verwendung einer flüssigen oder teilflüssigen Legierung, die eine geringere innere Reibung als der teilflüssige metallische Werkstoff aufweist, während der Verdichtungsphase des Gießprozesses (d. h. wenn Nachverdichtung und Nachspeisung erfolgt) eine bessere Druckübertragung und Nachspeisung als bei den vorbekannten Verfahren stattfindet.Since in the method according to the invention the casting system except for the component area adjacent part is filled with the liquid or partially liquid alloy, is also achieved that when using a liquid or partially liquid alloy, the one has lower internal friction than the partially liquid metallic material, while the Compaction phase of the casting process (i.e. when post-compression and make-up a better pressure transmission and make-up than with the previously known Procedure takes place.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt so durchgeführt, dass genau soviel teilflüssiger metallischer Werkstoff verwendet wird, dass sowohl während des Füllprozesses als auch während der Nachspeisungsphase keine flüssige oder teilflüssige Legierung in den Bauteilbereich der Gussform eindringen kann. Es ist dabei auch der Bedarf an teilflüssigem metallischen Werkstoff zu berücksichtigen, der aufgrund von Totfließzonen oder Wirbelzonen in kleinen Bereichen des Gießsystems auftreten kann. Besonders bevorzugt wird das Gießsystem daher so ausgeführt, dass keine Totfließzonen oder Wirbelzonen vorliegen.The method according to the invention is preferably carried out in such a way that exactly as much Partially liquid metallic material is used both during the filling process as well as during the make-up phase no liquid or partially liquid alloy in the Component area of the mold can penetrate. It is also the need for liquid metallic material to take into account due to dead flow zones or Swirl zones can occur in small areas of the casting system. Particularly preferred the pouring system is therefore designed in such a way that no dead flow zones or swirl zones available.
Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine bessere Druckübertragung als in den vorbekannten Verfahren erfolgt, wird eine bessere Konturgenauigkeit der mit dem Verfahren hergestellten Bauteile erreicht. Außerdem weisen diese Bauteile im Gegensatz zu den nach den vorbekannten Verfahren hergestellten Bauteilen eine einheitlichere Gefügestruktur und eine geringere Lunkerbildung auf. Die Bauteile haben dadurch bedingt bessere mechanische Eigenschaften, insbesondere eine bessere Bruchdehnung.Since with the method according to the invention a better pressure transmission than in the previously known method, a better contour accuracy of the with Processed components achieved. In addition, these components in contrast the components manufactured according to the previously known methods are more uniform Microstructure and less void formation. This caused the components better mechanical properties, especially better elongation at break.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einem teilflüssigen metallischen Werkstoff durchgeführt, der einen höheren Festphasenanteil als die flüssige oder teilflüssige Legierung aufweist.The method according to the invention is preferred with a partially liquid metallic Material carried out that has a higher solid phase than the liquid or partially liquid Alloy.
Untersuchungen der Anmelderin haben nämlich ergeben, dass die innere Reibung im verpressten Material sowie die Reibung an der Wandung der Gussform und damit Druckverluste während der Verdichtungsphase des Gießprozesses um so größer sind, je höher der Festphasenanteil in der Legierungsschmelze ist. Weist also die flüssige oder teilflüssige Legierung, mit der der Großteil des Gießsystems gefüllt ist, einen geringeren Festphasenanteil auf als der teilflüssige metallische Werkstoff, so sind während der Verdichtungsphase geringere Druckverluste zu verzeichnen. Besonders geringe Druckverluste treten auf, wenn die Legierung flüssig ist.Investigations by the applicant have shown that the internal friction in the pressed material and the friction on the wall of the mold and thus Pressure losses during the compression phase of the casting process are all the greater the solid phase component in the alloy melt is higher. So points the liquid or partially liquid alloy, with which the majority of the casting system is filled, a smaller one Solid phase fraction on than the partially liquid metallic material, so during the Compression phase to record lower pressure losses. Particularly low Pressure drops occur when the alloy is liquid.
Eine besonders effektive Druckübertragung wird in der Regel dann erreicht, wenn der teilflüssige metallische Werkstoff und die flüssige oder teilflüssige Legierung ein Festphasenverhältnis aufweisen, das ähnlich aber nicht gleich groß ist und wenn dieses Festphasenverhältnisverhältnis des teilflüssigen metallischen Werkstoffs und der flüssigen oder teilflüssigen Legierung auch bei der während des Druckgussprozesses auftretenden Scherbelastung erhalten bleibt.A particularly effective pressure transfer is usually achieved when the partly liquid metallic material and the liquid or partly liquid alloy Have solid phase ratio, which is similar but not the same size and if this Solid phase ratio of the partially liquid metallic material and the liquid or partially liquid alloy also in the case of those that occur during the die casting process Shear stress remains intact.
Durch ein derartiges Festphasenverhältnis wird außerdem das Risiko einer Durchmischung der genannten Phasen minimiert.Such a solid phase ratio also increases the risk of mixing of the phases mentioned.
Auch wenn der teilflüssige metallische Werkstoff und die flüssige oder teilflüssige Legierung aus Materialien mit einer ähnlichen chemischen Zusammensetzung bestehen oder aus dem gleichen Material bestehen und auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt bzw. abgekühlt wurden, wird das Risiko einer Durchmischung der beiden Phasen minimiert und es kann während der Verdichtungsphase eine optimale Druckübertragung erfolgen.Even if the partly liquid metallic material and the liquid or partly liquid alloy consist of materials with a similar chemical composition or of consist of the same material and heated or cooled to different temperatures the risk of mixing the two phases is minimized and it can optimal pressure transfer takes place during the compression phase.
Wird als Gussverfahren ein Kaltkammerverfahren verwendet, so kann das Vormaterial, das den teilflüssigen metallischen Werkstoff und eine weitere flüssige oder teilflüssige Legierung umfasst, der Gussform als einzelner Bolzen oder in Form von getrennten Bolzen zugeführt werden. Der teilflüssige metallische Werkstoff und die flüssige oder teilflüssige Legierung werden hierbei der Gussform über eine Gießkammer zugeführt. Die flüssige oder teilflüssige Legierung kann aber auch direkt als Schmelze zwischen den teilflüssigen metallischen Werkstoff und den Gießkolben dosiert werden und über eine Gießkammer der Gussform zugeführt werden. Die flüssige oder teilflüssige Legierung kann hierbei bezogen auf Gießsystem und Bauteilbereich der Gussform von oben oder von unten in die Gießkammer dosiert werden. Wird ein einzelner Bolzen verwendet, so kann der Übergang zwischen den Bereichen des teilflüssigen metallischen Werkstoffs und der flüssigen oder teilflüssigen Legierung im Bolzen sowohl scharf mit Grenzfläche als auch diffus mit einem Übergangsbereich ausgeführt sein. Wird mehr als ein metallischer Werkstoff eingesetzt, so können auch diese metallischen Werkstoffe in einzelnen Bolzen oder in einem gemeinsamen Bolzen oder in einem gemeinsamen Bolzen mit der flüssigen oder teilflüssigen Legierung eingesetzt werden. If a cold chamber process is used as the casting process, the primary material, the the partially liquid metallic material and another liquid or partially liquid Alloy includes the mold as a single bolt or in the form of separate bolts be fed. The partly liquid metallic material and the liquid or partly liquid Alloy are fed to the mold via a casting chamber. The liquid or Partly liquid alloy can also directly as a melt between the partly liquid metallic material and the plunger are metered and via a casting chamber Mold are fed. The liquid or partially liquid alloy can be obtained here on the casting system and component area of the mold from above or from below into the Casting chamber can be dosed. If a single bolt is used, the transition can be made between the areas of the partially liquid metallic material and the liquid or partially liquid alloy in the bolt both sharp with an interface and diffuse with a Transition area to be executed. If more than one metallic material is used, so can also use these metallic materials in individual bolts or in one common bolt or in a common bolt with the liquid or partially liquid alloy can be used.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch als Warmkammerverfahren durchgeführt werden, wobei das Vormaterial, das einen teilflüssigen metallischen Werkstoff und eine weitere flüssige Legierung umfasst, in einem Gießbehälter erzeugt wird und über ein Mundstück in die Gussform verpresst wird.The method according to the invention can also be carried out as a hot chamber method be, the primary material, which is a partially liquid metallic material and a comprises further liquid alloy, is produced in a casting container and over a Mouthpiece is pressed into the mold.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es erstmals möglich teilflüssige Materialien mittels eines Warmkammerverfahrens zu verpressen. Das erfindungsgemäße Warmkammerverfahren ist sehr ökonomisch, da nur so viel teilflüssiger metallischer Werkstoff erzeugt werden muss, wie für das Befüllen des Bauteilbereichs der Gussform nötig ist. Die zur Druckübertragung verwendete flüssige oder teilflüssige Legierung kann recycelt werden bzw. soweit sie sich im Mundstück befindet in das Behältnis für die flüssige oder teilflüssige Legierung zurückfließen.The process according to the invention makes it possible for the first time to use partially liquid materials to be pressed by means of a hot chamber process. The invention Warm chamber process is very economical because it is only so much more fluid metallic Material has to be generated, as for filling the component area of the mold is necessary. The liquid or partially liquid alloy used for pressure transmission can be recycled or as far as it is in the mouthpiece in the container for the liquid or flow back the liquid alloy.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Warmkammerverfahren so durchgeführt, dass der Festphasenanteil des teilflüssigen metallischen Werkstoffs größer als 5 Vol.-% und der Festphasenanteil der flüssigen oder teilflüssigen Legierung geringer als der des teilflüssigen metallischen Werkstoffs ist.The hot chamber method according to the invention is preferably carried out such that the Solid phase portion of the partially liquid metallic material greater than 5 vol .-% and Solid phase proportion of the liquid or partially liquid alloy is lower than that of the partially liquid metallic material.
Dies bewirkt, dass das Risiko einer Durchmischung der beiden Phasen minimiert wird und während der Verdichtungsphase eine optimale Druckübertragung erfolgen kann.This means that the risk of mixing the two phases is minimized and optimal pressure transmission can take place during the compression phase.
Besonders bevorzugt ist eine Durchführung des obenstehenden Warmkammerverfahren, bei der der teilflüssige metallische Werkstoff entweder durch Abkühlen der flüssigen oder teilflüssigen Legierung erhalten wird oder dadurch erhalten wird, dass der flüssigen oder teilflüssigen Legierung in dem Bereich des Gießbehälters, der dem Mundstück zugewandt ist, feste Partikel zugesetzt werden.It is particularly preferred to carry out the above hot chamber process, where the partially liquid metallic material either by cooling the liquid or partially liquid alloy is obtained or is obtained in that the liquid or partially liquid alloy in the area of the casting container facing the mouthpiece is to add solid particles.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Warmkammerverfahrens wird mit der erfindungsgemäßen Warmkammer-Druckgussmaschine realisiert. Diese umfasst ein Behältnis um darin eine flüssige Legierung aufzubewahren; einen Gießbehälter, der in das Behältnis mit der flüssigen Legierung getaucht ist; einen Gießkolben, der im Gießbehälter angeordnet ist und so betätigt werden kann, dass ein teilflüssiger metallischer Werkstoff über ein Mundstück in eine Gussform verpresst wird, wobei im dem Mundstück zugewandten Bereich des Gießbehälters eine Behandlungseinheit zur Herstellung des teilflüssigen metallischen Werkstoffs aus der flüssigen Legierung vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und insbesondere deren Behandlungseinheit ist es erstmals mit einer Warmkammer-Druckgussmaschine möglich, teilflüssige Materialien zu verpressen.The implementation of the hot chamber method according to the invention is carried out with the hot chamber die casting machine according to the invention realized. This includes a Container to store a liquid alloy in it; a pouring can that fits into that Container immersed in the liquid alloy; a pouring plunger in the casting tank is arranged and can be operated so that a partially liquid metallic material is pressed into a mold via a mouthpiece, in the mouthpiece facing area of the casting container a treatment unit for producing the partially liquid metallic material is provided from the liquid alloy. Due to the device according to the invention and in particular its treatment unit it is possible for the first time with a hot chamber die casting machine to add partially liquid materials compress.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Warmkammer- Druckgussmaschine als Behandlungseinheit eine Vorrichtung zur Abkühlung der flüssigen Legierung auf.In a preferred embodiment, the hot chamber according to the invention has Die casting machine as a treatment unit a device for cooling the liquid Alloy on.
Die Abkühlung der flüssigen Legierung erfolgt hierbei so, dass ein homogener Festphasenanteil und eine globulare Ausformung der festen suspendierten Phase eingestellt werden. Dies kann beispielsweise durch einen elektromagentischen Rührprozess, Ultraschall oder über die Beeinflussung des Keimbildungsverhaltens während der teilweisen Erstarrung geschehen.The cooling of the liquid alloy takes place in such a way that a homogeneous one Solid phase portion and a global shape of the solid suspended phase become. This can be done, for example, by an electromagnetic stirring process, ultrasound or by influencing the nucleation behavior during the partial solidification happen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Warmkammer-Druckgussmaschine als Behandlungseinheit eine Vorrichtung auf, über die der flüssigen oder teilflüssigen Legierung feste Partikel zugesetzt werden können.In a further preferred embodiment, the invention Hot chamber die casting machine as a treatment unit on a device solid particles can be added to the liquid or partially liquid alloy.
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend anhand von mehreren Beispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.Without restricting generality, the method according to the invention is as follows explained in more detail using several examples and associated drawings.
In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:
Fig. 1a, b Kaltkammerverfahren, bei dem ein Thixobolzen, der aus einer SiC- partikelverstärkten AlSi7Mg-Legierung (metallischer Werkstoff) und der nicht partikelverstärkten AlSi7Mg-Legierung (flüssige oder teilflüssige Legierung) besteht, verpresst wird. Fig. 1a, b cold-chamber process in which a Thixobolzen, the particle-reinforced from a SiC AlSi7Mg alloy (metallic material) and non-particle-reinforced AlSi7Mg alloy (liquid or partially liquid alloy) is pressed.
Fig. 2a, b Kaltkammerverfahren, bei dem ein Bolzen, der aus einer SiC-partikelverstärkten AlSi7Mg-Legierung (metallischer Werkstoff) besteht, und eine aus einem Vorratsbehälter zudosierte Aluminiumschmelze (flüssige oder teilflüssige Legierung) verpresst werden. FIG. 2a, b cold-chamber process in which a bolt of an SiC particle-reinforced AlSi7Mg alloy (metallic material), and a metered from a reservoir aluminum melt (liquid or partially liquid alloy) are pressed.
Fig. 3a, b, c Warmkammerverfahren, bei dem mittels einer Abkühlungsvorrichtung eine flüssige Legierung zur Herstellung eines teilflüssigen metallischen Werkstoffs kontrolliert abgekühlt wird und dieser teilflüssige metallische Werkstoff anschließend verpresst wird. Figure 3a, b., C hot chamber method, controlled cooling a liquid alloy for the production of a semi-solid metallic material in which by means of a cooling device and this part liquid metal material is then compressed.
In Fig. 1a ist ein Thixobolzen 1 dargestellt, der im vorderen Bereich einen metallischen Werkstoff 2, eine SiC-partikelverstärkte AlSi7Mg-Legierung, und im hinteren Bereich eine Legierung 3, die Legierung AlSi7Mg ohne Partikelverstärkung, enthält. Der Bolzen wird nach der induktiven Erwärmung so in eine Gießkammer 4 gelegt, dass der hintere Bereich einem Gießkolben 5 zugewandt ist und mit Hilfe des Gießkolbens in ein Gießsystem 6 und in einen Bauteilbereich 7 verpresst (Fig. 1b). Der Verzicht auf die Partikelverstärkung im hinteren Bolzenbereich mit der flüssigen oder teilflüssigen Legierung 3 führt zu einer Erhöhung des Flüssigphasenanteils im Gießsystem und somit zu einer verbesserten Aufbringung des Nachdruckes durch den Gießkolben im Vergleich zur Verwendung von komplett partikelverstärkten Bolzen. Auch aus Sicht der Wiederverwertung des Aluminiums aus dem Bereich des Gießsystems ist die Verminderung des Partikelanteils verfahrenstechnisch und ökonomisch vorteilhaft.In Fig. 1a a Thixobolzen 1 is shown, which in the front region a metallic material 2, an SiC particle-reinforced AlSi7Mg alloy, and in the rear region comprises an alloy 3, the alloy particles AlSi7Mg without reinforcement. After the inductive heating, the bolt is placed in a casting chamber 4 such that the rear area faces a casting piston 5 and is pressed into a casting system 6 and a component area 7 with the aid of the casting piston ( FIG. 1b). Dispensing with particle reinforcement in the rear pin area with the liquid or partially liquid alloy 3 leads to an increase in the liquid phase proportion in the casting system and thus to an improved application of the pressure by the casting piston compared to the use of completely particle-reinforced pins. Also from the point of view of recycling aluminum from the casting system area, the reduction of the particle content is technically and economically advantageous.
Der Übergang zwischen den Materialien 2 und 3 im Thixobolzen 1 kann sowohl scharf mit Grenzfläche als auch diffus mit einem Übergangsbereich ausgeführt sein. Die einzelnen Bereiche 2 und 3 des Thixobolzens 1 können getrennt oder zusammen hergestellt werden. Möglich ist auch eine getrennte Erwärmung der einzelnen Bolzen auf gleiche oder unterschiedliche Temperaturen und eine Zusammenführung im teilflüssigen Zustand kurz vor dem Vergießen. The transition between materials 2 and 3 in thixo bolt 1 can be both sharp with an interface and diffuse with a transition region. The individual areas 2 and 3 of the thixo bolt 1 can be produced separately or together. It is also possible for the individual bolts to be heated separately to the same or different temperatures and to be brought together in the partially liquid state shortly before the casting.
So kann etwa ein nach der DE 199 10 365 C1 aus pulverförmiger Aluminiumlegierung AlSi7Mg0,6 hergestellter Bolzen, der im vorderen Bereich mit 20 gew% SiC-Partikeln verstärkt ist und im hinteren Bereich keine SiC-Partikel enthält, auf eine Temperatur (690°C) über die Liquidustemperatur der Aluminium-Legierung erhitzt werden, ohne dass der Bolzen seine Formstabilität verliert. Der Bolzen wird in dieser Form in die Gießkammer überführt und verpresst. Beim Verpressen verflüssigt sich aufgrund des Aufbrechens der Oxidstruktur durch Scherbelastung insbesondere der hintere Bereich des Bolzens. Aufgrund seiner im Vergleich zu konventionellen, im Strangguss hergestellten Thixolegierungen hohen Temperatur friert dieser Bereich relativ langsam ein und erlaubt während dieser Zeit eine gute Übertragung des Nachverdichtungsdruckes in die partikelverstärkte Phase in der Bauteilkavität. Hierdurch wird eine bessere Konturgenauigkeit erreicht als bei der Verwendung von Bolzen, die im gesamten Volumen mit SiC-Partikeln verstärkt sind.For example, a powdered aluminum alloy according to DE 199 10 365 C1 AlSi7Mg0.6 produced bolt, the front area with 20 wt% SiC particles is reinforced and contains no SiC particles in the rear area, to a temperature (690 ° C) be heated above the liquidus temperature of the aluminum alloy without the Bolt loses its dimensional stability. The bolt is in this form in the casting chamber transferred and pressed. When pressing, the liquefies due to the cracking Oxide structure due to shear stress, especially the rear area of the bolt. by virtue of compared to conventional, continuous casting thixo alloys high temperature this area freezes relatively slowly and allows during this time a good transfer of the post-compression pressure into the particle-reinforced phase in the Component cavity. As a result, a better contour accuracy is achieved than in the Use of bolts that are reinforced with SiC particles in the entire volume.
In Fig. 2 ist ein Thixobolzen 1 dargestellt, der nur einen metallischen Werkstoff 2, eine SiC- partikelverstärkte AlSi7Mg-Legierung enthält. Der Bolzen wird nach der induktiven Erwärmung in eine Gießkammer 4 gelegt. Unmittelbar anschließend wird in den Zwischenraum zwischen Thixobolzen 1 und einem Gießkolben 5 eine flüssige oder teilflüssige Legierung 3 z. B. eine Aluminiumschmelze aus einem Vorratsbehälter 8 in die Gießkammer 4 dosiert. Es kann sich hierbei um die Schmelze der Legierung AlSi7Mg oder auch um eine andere Metall- oder Legierungsschmelze handeln. Anschließend werden der Thixobolzen 1 mit dem teilflüssigen metallischen Werkstoff 2 und die Schmelze der Legierung 3 in eine Gussform 9, 10 mit einem Gießsystem 6 und einem Bauteilbereich 7 verpresst, wobei der Bauteilbereich 7 nur von der partikelverstärkten AlSi7Mg-Legierung gefüllt wird, das Gießsystem 6 dagegen hauptsächlich von der Schmelze der Legierung 3. Die auf diese Weise erreichte Erhöhung des Flüssigphasenanteils im Gießsystem und das folglich spätere Einfrieren dieses Bereiches erlaubt eine verbesserte Druckübertragung und Nachspeisung als bei den vorbekannten Verfahren.In FIG. 2, a Thixobolzen 1 is shown containing only a metallic material 2, an SiC particle-reinforced AlSi7Mg alloy. After the inductive heating, the bolt is placed in a casting chamber 4 . Immediately thereafter, in the intermediate space between Thixobolzen 1 and a casting plunger 5 a liquid or partially liquid alloy 3 z. B. metered an aluminum melt from a reservoir 8 into the casting chamber 4 . This can be the melt of the AlSi7Mg alloy or another metal or alloy melt. The thixo bolt 1 with the partially liquid metallic material 2 and the melt of the alloy 3 are then pressed into a casting mold 9 , 10 with a casting system 6 and a component region 7 , the component region 7 being filled only by the particle-reinforced AlSi7Mg alloy, the casting system 6 however, mainly from the melt of alloy 3 . The increase in the proportion of liquid phase in the casting system achieved in this way and the consequent later freezing of this area allows an improved pressure transmission and make-up than in the previously known methods.
Um ein Umfließen der Schmelze der Legierung 3 über den Thixobolzen 1 beim Beginn des Vorschubprozesses des Gießkolbens 5 zu vermeiden, kann gegebenenfalls eine Abdeckung der Gießkammer 4 angebracht werden sowie eine Anpassung des Bolzendurchmessers an den Durchmesser der Gießkammer 4 erfolgen.In order to prevent the melt of the alloy 3 from flowing over the thixo bolt 1 at the start of the feed process for the casting piston 5 , the casting chamber 4 can optionally be fitted and the bolt diameter can be adapted to the diameter of the casting chamber 4 .
In Fig. 3a ist eine Warmkammer-Druckgussmaschine dargestellt, welche in einem oberen Bereich 11 eines Gießbehälters 12 als Behandlungseinheit 13 eine Vorrichtung zur Abkühlung einer flüssigen Legierung 3 und damit zur Herstellung eines teilflüssigen metallischen Werkstoffs 2, der einen höheren Festphasenanteil als 3 besitzt, aufweist.In Fig. 3a is a hot-chamber die casting machine is shown which in an upper portion 11 of a casting vessel 12 as a treatment unit 13 is a device for cooling of a liquid alloy 3 and therefore for producing a semi-solid metallic material 2, which has a higher fraction solid than 3 comprises, ,
Zu Beginn des Gießprozesses wird ein Gießkolben 5 soweit vorbewegt, dass die flüssige Legierung 3 in den Bereich 11 des Gießbehälters 12 eintritt, welcher den Thermostat als Behandlungseinheit 13 zur kontrollierten Abkühlung aufweist (Fig. 3b). Nach der Abkühlung der in diesem Bereich 11 befindlichen Schmelze, des teilflüssigen metallischen Werkstoffs 2, die zur Ausbildung von mindestens Vol.-5% Festphasenanteil führt, wird der Gießkolben 5 weiter vorgedrückt. Der teilflüssige metallische Werkstoffs 2 wird von der aus dem unteren Bereich des Gießbehälters 12 nachströmenden völlig flüssigen Legierung 3 über ein Mundstück 14 bis in einen Bauteilbereich 7 gedrückt, wo er endgültig erstarrt (Fig. 3c). Im geheizten Mundstückbereich 14 und im gesamten Gießbehälter 12 befindet sich zum Abschluss des Füllprozesses Material der nachfließenden völlig flüssigen Legierung 3. Da die Innenwandung des Bereichs 11 durch die kontrollierte Abkühlung der flüssigen Legierung 3 in den teilflüssigen Zustand etwas erwärmt wurde, wird die nachströmende völlig flüssige Legierung 3 weniger abgekühlt. Sie bleibt daher während des wenige Sekunden dauernden Formfüll- und Bauteilerstarrungsprozesses vollständig flüssig. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Trennung der Gießform vom Mundstück und das Rückfließen der Legierung aus dem oberen Bereich des Gießbehälters ganz analog zu Warmkammergießverfahren nach dem bisherigen Stand der Technik erfolgen kann. At the beginning of the casting process, a casting piston 5 is advanced so far that the liquid alloy 3 enters the region 11 of the casting container 12 , which has the thermostat as a treatment unit 13 for controlled cooling ( FIG. 3b). After the melt located in this area 11 , the partially liquid metallic material 2 , which leads to the formation of at least 5% by volume solid phase, has been cooled, the casting piston 5 is pressed forward. The partially liquid metallic material 2 is pressed by the completely liquid alloy 3 flowing in from the lower region of the casting container 12 via a mouthpiece 14 into a component region 7 , where it finally solidifies ( FIG. 3c). In the heated mouthpiece area 14 and in the entire casting container 12 there is material of the flowing completely liquid alloy 3 at the end of the filling process. Since the inner wall of the region 11 has been somewhat warmed up by the controlled cooling of the liquid alloy 3 into the partially liquid state, the completely liquid alloy 3 flowing in is cooled less. It therefore remains completely fluid during the mold filling and component solidification process, which lasts a few seconds. This ensures that the separation of the casting mold from the mouthpiece and the backflow of the alloy from the upper region of the casting container can be carried out completely analogously to hot chamber casting processes according to the prior art.
11
Thixobolzen
Thixobolzen
22
metallischer Werkstoff, während des Verpressens teilflüssig
metallic material, partly liquid during pressing
33
Legierung, während des Verpressens flüssig oder teilflüssig
Alloy, liquid or partially liquid during pressing
44
Gießkammer
casting chamber
55
Gießkolben
casting plunger
66
Gießsystem
casting system
77
Bauteilbereich
component area
88th
Vorratsbehälter
reservoir
99
, .
1010
Gussform mit einer beweglichen Formhälfte Mold with a movable mold half
99
und einer festen Formhälfte and a fixed mold half
1010
1111
oberer Bereich des Gießbehälters upper area of the casting container
1212
1212
Gießbehälter
gooseneck
1313
Behandlungseinheit zur Herstellung des metallischen Werkstoffs Treatment unit for the production of the metallic material
22
1414
Mundstück
mouthpiece
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE2001145191 DE10145191C1 (en) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | Production of a component comprises pressing a pre-material in a casting mold, homogeneously filling the mold with a partially liquid metallic material and a (partially) liquid alloy, and solidifying |
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