DE102006057660A1

DE102006057660A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Druckgießen von Bauteilen

Info

Publication number: DE102006057660A1
Application number: DE102006057660A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Dr. Klinkenberg; Andreas Dr. Fent; Johann Wolf
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: DE102006057660B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Druckgießen eines Bauteils wird ein geschmolzener Werkstoff unter Druck in eine Druckgussform eingebracht, wobei das Bauteil nach dem Erstarren unmittelbar abgeschreckt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Druckgießen von Bauteilen.
Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Erzeugung eines wärmenachbehandelten Druckgussbauteils, insbesondere eines dünnwandigen Druckgussteils aus einem Nichteisenmetall (z.B. Aluminium oder Magnesium bzw. Legierungen hieraus) umfasst in der Regel die folgenden Schritte:

– Druckgießen des Bauteils in einer Druckgießmaschine,
– Entnahme des Bauteils aus der Druckgießform,
– Aktives oder passives Abkühlen des Bauteils auf Raumtemperatur,
– Entfernen von Graten, Überläufen sowie des Angusses,
– Aufheizen und Halten des Bauteils auf Lösungsglühtemperatur,
– Abschrecken und Auslagern sowie
– Fertigbearbeiten

Beim Druckgießen wird die flüssige Schmelze des Metalls unter hohem Druck von ca. 10 bis 200 MPa und mit einer sehr hohen Geschwindigkeit von bis zu 120 m/s in eine Druckgussform gedrückt, wo diese erkaltet und erstarrt.
Sobald das Bauteil ausreichend erstarrt ist, d.h. zum Formöffnungszeitpunkt, bei dem der Pressrest in der Form soweit erstarrt ist, dass ein Öffnen der Form möglich ist, werden die zwei Formhälften auseinander gefahren und das druckgegossene Bauteil entnommen. Hierfür sind regelmäßig Auswerfer in die Druckgießanlage integriert, die das Bauteil, das noch an einer der Formhälften anliegt, anheben und dabei von den Formflächen und gegebenenfalls vorhandenen Kernen löst. Daraufhin kann das Bauteil aus der Druckgussform entnommen werden, beispielsweise aktiv mittels einer Greifvorrichtung oder auch passiv, indem es aus der Druckgussform heraus fällt.
Bevor die Formhälften für die Herstellung eines nachfolgenden Bauteils wieder zusammen gefahren werden, müssen diese – insbesondere im Bereich der Formflächen – gekühlt und gegebenenfalls auch gereinigt werden. Daher weisen eine Vielzahl von aus dem Stand der Technik bekannten Druckgießanlagen ein Sprühwerkzeug auf, mit dem die Formhälften zur Kühlung und ggf. Reinigung mit Wasser besprüht werden können.
Ein langsames Abkühlen des Bauteils, wie es bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen bereits in dem Zeitraum, der für das Entformen, eine ggf. vorgesehene Nachbehandlung (z.B. Entgraten) und den Transport zu einem nachgeordneten Lösungsglühofen benötigt wird, erfolgt, führt jedoch zu großen Ausscheidungen innerhalb des Werkstoffgefüges, was mit einem deutlichen Festigkeitsverlust verbunden ist.
Um dennoch eine hohe Festigkeit des Fertigteils zu erreichen, wird der Ausscheidungsprozess daher rückgängig gemacht, indem das Bauteil nachträglich einem Lösungsglühprozess zugeführt wird. Beim Lösungsglühen werden die Ausscheidungen, die sich während des vorausgegangenen Abkühlprozesses gebildet haben, wieder in der Werkstoffmatrix gelöst. Ein Abschrecken des lösungsgeglühten Bauteils verhindert ein erneutes Ausscheiden. Nach einer entsprechenden Warm- oder Kaltauslagerung ergibt sich folglich ein Fertigteil mit hoher Festigkeit.
Dieses aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf. Unter anderem ergibt sich durch das zwischenzeitliche Abkühlen des Bauteils auf bis zu Raumtemperatur ein hoher Energieaufwand für das nachfolgende Aufheizen auf Lösungsglühtemperatur und damit einhergehend lange und unwirtschaftliche Lösungsglühzeiten. Hierfür sind zudem große und damit investitionsintensive Durchlauföfen erforderlich.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das zumindest einen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil verringert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst, vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Kern der Erfindung sieht vor, beim Druckgießen eines Bauteils dieses nach dem Erstarren unmittelbar abzuschrecken. Auf diese Weise kann die Ausscheidung von aushärtenden Phasen, wie es ansonsten bei einem langsamen Abkühlen stattfinden würde, größtenteils oder vollständig unterbunden werden.
Unter „Abschrecken" wird erfindungsgemäß das gezielte Abkühlen verstanden, wobei der durch das Abkühlen erfolgte Temperaturrückgang so schnell abläuft, dass die Ausscheidung von aushärtenden Phasen in dem Werkstoff weitgehend unterbunden wird.
„Unmittelbar" ist erfindungsgemäß so zu verstehen, dass zum Zeitpunkt der Abschreckung ein Ausscheiden von aushärtenden Phasen noch nicht in technisch relevantem Umfang (somit in einem Umfang, der ein nachträgliches Lösungsglühen erforderlich machen würde) erfolgt ist.
Vorzugsweise kann das Bauteil abgeschreckt werden, solange es sich noch in der Druckgussform befindet, so dass ein mit dem vollständigen Entformen einhergehender Temperaturrückgang vermieden werden kann.
Zum Abschrecken des Bauteils weist die erfindungsgemäße Druckgießvorrichtung hierzu geeignete Mittel auf, die beliebig ausgebildet sein können, jedoch bevorzugt eine Kühlung durch Aufsprühen eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums bewirken.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Bauteil durch Aufsprühen von Wasser gekühlt. Hierzu kann vorteilhafterweise eine Sprühvorrichtung, wie sie grundsätzlich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Druckgießvorrichtungen für das Kühlen und/oder Reinigen der Formhälften vorhanden ist, eingesetzt werden. Folglich ist es möglich, dass erfindungsgemäße Verfahren ohne konstruktive Änderungen mittels einer aus dem Stand der Technik bekannten Druckgießvorrichtung durchzuführen.
Mit dem Abkühlen des Bauteils ist eine Reduzierung des Bauteilvolumens verbunden. Um ein Aufschrumpfen des sich noch in der Druckgussform befindlichen Bauteils auf Abschnitte der Druckgussform und/oder gegebenenfalls vorhandene Kerne zu verhindern, kann vorgesehen sein, das Bauteil vor dem Abschrecken durch geeignete Mittel um eine bestimmte Distanz anzuheben, um es von den Formflächen der Druckgussform und/oder einem oder mehreren Kernen zu lösen. Dadurch kann ein Aufschrumpfen auf diese Abschnitte der Druckgussform oder Kerne wirksam verhindert werden. Das Anheben vor dem Abschrecken setzt voraus, dass die Formhälften (auch mehr als zwei möglich) zuvor zumindest teilweise auseinander gefahren werden.
Alternativ oder zusätzlich (beispielsweise wenn das Abheben für eine vollständige Lösung von einem Abschnitt oder Kern nicht ausreichend war) kann das Bauteil lokal an den entsprechenden Stellen erwärmt werden, um ein Aufschrumpfen (temporär) rückgängig zu machen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird für das Anheben des Bauteils vor dem Abschrecken ein Auswerfer verwendet, wie er bereits bei einer Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannter Druckgießvorrichtungen zur Unterstützung beim Entformen bekannt ist. Folglich setzt auch diese vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung grundsätzliche keine konstruktive Änderung bekannter Druckgießvorrichtungen voraus.

Claims

Verfahren zum Druckgießen eines Bauteils, wobei ein geschmolzener Werkstoff unter Druck in eine Druckgussform eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach dem Erstarren unmittelbar abgeschreckt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil noch in der Druckgussform abgeschreckt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil durch das Aufsprühen von Wasser mittels einer Sprühvorrichtung abgeschreckt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil vor dem Abschrecken in der Druckgussform angehoben wird, um es von einem oder mehreren in der Form angeordneten Kernen zu lösen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach dem Abschrecken in der Druckgussform lokal erwärmt wird, um es von einem oder mehreren in der Form angeordneten Kernen zu lösen.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil durch einen Auswerfer der Druckgießvorrichtung angehoben wird.
Druckgießvorrichtung zur Herstellung eines Druckgussbauteils mit einer Druckgussform, in die ein aufgeschmolzener metallischer Werkstoff unter Druck eingebracht wird, gekennzeichnet durch Mittel zum Abschrecken des Bauteils in der Druckgussform.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zum Anheben des Bauteils in der Druckgussform.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines zum Entformen vorgesehenen Auswerfers zum Anheben des Bauteils in der Druckgussform.
Verwendung einer für das Kühlen einer Druckgussform vorgesehenen Sprühvorrichtung einer Druckgießvorrichtung zum Abschrecken eines druckgegossenen Bauteils.