DE102008027682A1

DE102008027682A1 - Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen und hochfesten Bauteilen in Blechstärke durch Gießen mit einen Hohlraum bildenden Formteilen

Info

Publication number: DE102008027682A1
Application number: DE200810027682
Authority: DE
Inventors: Eduard Heidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-06-11
Also published as: DE102008027682B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen und hochfesten Bauteilen in Blechstärke durch Gießen mit einen Hohlraum bildenden Formteilen, der durch eine Schmelze ausgegossen wird. Das Verfahren wird für sehr dünnwandige Bauteile so abgewandelt, dass die den Hohlraum bildenden Formteile beim Eingießen der Schmelze weiter auseinandergefahren sind, als es die Maße des gegossenen Bauteils erfordern, dass nach erfolgter Befüllung und vor dem Erstarren der Schmelze die Formteile auf das geforderte Maß des Hohlraumes zusammengefahren und die heiße und flüssige Schmelze gepresst wird, wobei in Überlaufkammern der Formteile die überflüssige Schmelze aufgefangen wird, und dass nach Erkalten der Schmelze und Entfernen des gegossenen Bauteils der in die Überlaufkammern aufgefangene Teil der erkalteten Schmelze abgetrennt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen und hochfesten Bauteilen in Blechstärke durch Gießen mit einen Hohlraum bildenden Formteilen, der durch eine Schmelze ausgegossen wird. Nach dem heutigen Stand der Gießtechnologie werden zwei oder mehr nicht verstellbare Formteile verwendet, die einen Hohlraum bilden, der durch die Schmelze ausgegossen wird. Nach dem Erkalten der Schmelze wird das Gussteil entnommen und weiter bearbeitet. Auf diese Weise lassen sich hoch komplexe Bauteile mit variierender, entsprechend der Belastung gestalteter Wandstärke herstellen. Auch Befestigungselemente verschiedenster Art, Versteifungsrippen und Bohrungen lassen sich dabei in einem Arbeitsgang in das Bauteil einbringen.
Dieses Herstellverfahren stößt an seine Grenzen, wenn dünnwandige und hochfeste Bauteile gewünscht werden, wie es z. B. im Fahrzeugbau der Fall ist. Das Ausfließen eines sehr dünnen Spaltes zwischen den Formteilen ist dabei nicht mehr möglich, da die Schmelze an den „kalten” Wänden der Formteile zu früh erkalten und erstarren würde. Auch das Einbringen der Schmelze unter Druck (Druckguss) bringt keine echte Verbesserung.
Die im Hohlraum zwischen den Formteilen enthaltene Luft kann aufgrund der hohen Fließgeschwindigkeit der Schmelze nicht restlos aus dem Hohlraum verdrängt werden, so dass ein Großteil der Luft in der Schmelze eingeschlossen wird. Dies verursacht eine erhebliche Verschlechterung der Materialeigenschaften (Sprödigkeit).
Daher werden u. a. für den Kraftfahrzeugbau mehrere leichtgewichtige Tiefziehteile aus Blechen hergestellt, die nach der Verformung zusammengefügt werden. Das Umformen eines Bleches kann oft nur in mehreren, aufeinanderfolgenden Schritten in verschiednen Tiefziehwerkzeugen erfolgen. Anschließend müssen die Bleche in weiteren Werkzeugen beschnitten, umgebördelt, entgratet, gebohrt und mit Befestigung- oder Verstärkungselementen versehen werden.
Ihre endgültige Festigkeit erlangen die Bauteile erst durch Schweißen, Löten, Nieten, Kleben und dgl. Um die Maßgenauigkeit einzuhalten, wird ebenfalls ein hoher Aufwand betrieben. Die Aufwendungen für Werkzeuge und Personal sind beachtlich. Nach heutigem Stand der Technik ist dies jedoch das einzige Verfahren zum Herstellen von leichten und hochfesten Bauteilen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass damit auch dünnwandige und hochfeste Bauteile in Blechstärke hergestellt werden können, wobei die Herstellung vorzugsweise in einem Arbeitsgang stattfinden kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die den Hohlraum bildenden Formteile beim Eingießen der Schmelze weiter auseinandergefahren sind, als es die Maße des gegossenen Bauteils erfordern, dass nach erfolgter Befüllung und noch vor dem Erstarren der Schmelze die Formteile auf das geforderte Maß des Hohlraumes zusammengefahren werden und die heiße und flüssige Schmelze gepresst wird, wobei in Überlaufkammern der Formteile die überflüssige Schmelze aufgefangen wird, und dass nach dem Erkalten der Schmelze und Entfernen des gegossenen Bauteils der in die Überlaufkammern aufgefangene Teil der erkalteten Schmelze abgetrennt wird.
Der entscheidende Unterschied des neuen Verfahrens liegt darin, dass erst nach erfolgter Einbringung der Schmelze und vor dem Erstarren der Schmelze, die Formteile auf das gewünschte Maß zusammengefahren und das Bauteil auf die geforderte Wandstärke gepresst wird. Dies ist dann noch möglich, wenn die Wandstärke weit unter der noch als giessbaren Wandstärke liegt. Nach dem Erkalten der Schmelze kann das Bauteil aus der Form entnommen und die in die Überlaufkammern der Form gelangte Schmelze abgetrennt werden. Dadurch ist es möglich, komplexe Bauteile mit sehr dünnen Wandstärken in einem Arbeitsgang herzustellen, wobei nur der Abstand der beiden Formteile verstellt werden muss und dies nach der Befüllung des Hohlraumes vor dessen endgültigen Maß.
Eine weitere Steigerung der Bauteilequalität bezüglich Festigkeit und Maßhaltigkeit kann dadurch erreicht werden, dass nach dem Pressen die noch heiße und plastisch verformbare Schmelze durch weiteres Zusammenfahren der Formteile verdichtet wird. Dieser weitere Arbeitsschritt, der sich nach dem Pressvorgang anschließt, führt zu einer weiteren Verdichtung der knetbaren Masse und bedingt eine deutliche Verbesserung des Gefüges und damit der Festigkeitseigenschaften. Es werden dabei durch den aufgebauten Druck Gussfehler wie Lunker, Erkaltungsrisse, Verzug und Maßungenauigkeiten in erheblichem Umfange reduziert oder ganz beseitigt.
In jedem Fall kann dabei vorgesehen werden, dass Verstärkungen, Befestigungselemente angegossen werden. Dies ist nur durch die Ausbildung der einander zugekehrten Oberflächen der Formteile möglich. Das zeitliche Verstellen der Formteile kann auf verschiedne Art durchgeführt werden. So kann nach einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Formteile durch kontinuierlichen, hydrau lischen Druck verstellt werden.
Der zeitliche Ablauf der Verstellbewegung der Formteile kann jedoch auch so erfolgen, dass die Formteile durch pulsierenden, hydraulischen Druck verstellt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Formteile durch auf ein oder beide Formteile ausgeübte mechanische Kräfte verstellt werden.
In jedem Fall kann der zeitliche Verlauf der Verstellung an den Zustand der Schmelze angepasst werden.
Die Erfindung wird anhand von Schnitten durch die aus zwei Formteilen bestehende Form näher erläutert, wobei die Schnitte die einzelnen Stellungen der Formteile zeigen.
1 die Stellung der Formteile in der Befüllungsphase,
2 die Stellung der Formteile nach dem Pressen der Schmelze,
3 die Stellung der Formteile nach der Reduzierung der Wandstärke durch Verstellen der Formteile in der heißen und noch plastisch verformbaren Schmelze und
4 die Formteile in der Entnahmestellung des erkalteten Bauteils und Andeutung des Trennvorganges der Überlaufteile am Bauteil.
Wie die 1 zeigt, werden die Formteile 10 und 20 der Form beim Einbringen der Schmelze in eine Stellung V₁ gebracht, in der sie einen Hohlraum 30 bilden, in den die fließende Schmelze ohne Gefahr des Erstarrens an den „kalten” Oberflächen der Formteile 10 und 20 erfolgen kann. Dieses Übermaß des herzustellenden Bauteils mit z. B. 1 mm Wandstärke wird mit ca. 5 mm gewählt. Der Einbringvorgang der Schmelze wird beendet, wenn der Hohlraum 30 nahezu voll mit Schmelze ist und diese schon in die Überlaufkammern 40 der Form tritt. Dann erfolgt die Verstellung V₂ der Formteile 10 und 20 in die in 2 gezeigte Stellung 10' und 20'. Dabei kann die Wandstärke, die durch den Abstand der gegenüberliegenden Oberflächen der Formteile 10' und 20' gegeben ist, das Maß der Wandstärke bestimmen, das für das gegossene Bauteil 30' erwünscht ist. Wie die 2 zeigt, ist dabei in den Überlaufkammern 40' ein erhöhter Anteil der Schmelze aufgefangen.
Wenn nun eine höhere Festigkeit des Bauteils 30' gewünscht wird, dann können die Formteile 10'' und 20'' in eine weitere Stellung V₃ verstellt werden. Dies ist durch die kleinere Wandstärke des Bauteils 30'' angedeutet, wobei die überflüssige heiße, noch plastisch verformbare Schmelze in den Überlaufkammern 40'' aufgefangen wird. Nach dem Erkalten des gegossenen Bauteils 30'' kann die Form mit den Formteilen 10'' und 20'' in die Entnahmestellung V₄ nach 4 verstellt werden. Das entnommene Bauteil 30'' kann von den Überlaufteilen 40'' befreit werden, wie mit den Bezugszeichen 50 angedeutet ist.
Vielfach ist es ausreichend, wenn die Formteile 10' und 20' aus der Stellung V₂ der 2 nach dem Erkalten des Bauteils 30' sofort in die Entnahmestellung V₄ der 4 gebracht werden.
Die Verstellung der Formteile 10' und 20' in die verschiedenen Stellungen V₁ bis V₄ kann kontinuierlich durch hydraulischen Druck erfolgen, wobei die Verstellgeschwindigkeit an die Einfüllbedingung der Schmelze und deren Erstarrungs- und Erkaltungsverhalten angepasst ist.
Die Verstellung kann jedoch auch pulsierend in entsprechenden Verstellschritten erfolgen, wobei anstelle des hydraulischen Druckes auch mechanische Stellkräfte verwendet werden können, die auf ein oder beide Formteile wirken.
Dabei kann von Vorteil sein, wenn ein Formteil, z. B. das untere Formteil 10, feststeht und nur das obere Formteil 20 die Verstellbewegungen ausführt.
Das Verfahren ist nicht auf Bauteile mit einheitlicher Wandstärke beschränkt. Es können Befestigungselemente und Verstärkungsrippen angegossen werden, wenn die Oberflächen der gegenüberliegenden Formteile entsprechend ausgeformt sind.

Claims

Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen und hochfesten Bauteilen in Blechstärke durch Gießen mit einen Hohlraum bildenden Formteilen, der durch eine Schmelze ausgegossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die den Hohlraum (30) bildenden Formteile (10, 20) beim Eingießen der Schmelze weiter auseinandergefahren sind, als es die Maße des gegossenen Bauteils erfordern, dass nach erfolgter Befüllung und vor dem Erstarren der Schmelze die Formteile (10', 20') auf das geforderte Maß des Hohlraumes (30') zusammengefahren werden und die heiße und flüssige Schmelze gepresst wird, wobei in Überlaufkammern (40') der Formteile (10', 20') die überflüssige Schmelze aufgefangen wird, und dass nach dem Erkalten der Schmelze und Entfernen des gegossenen Bauteils (30') der in die Überlaufkammern (40') aufgefangene Teil der erkalteten Schmelze abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Pressen die noch heiße und plastisch verformbare Schmelze durch weiteres Zusammenfahren (V₃) der Formteile (10'', 20'') verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungen, Befestigungselemente angegossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (10, 20) durch kontinuierlichen, hydraulischen Druck verstellt (V₁, V₂, V₃, V₄) verstellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (10, 20) durch pulsierenden, hydraulischen Druck verstellt (V₁, V₂, V₃, V₄) werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (10, 20) durch auf ein oder beide Formteile (10, 20) ausgeübte mechanische Kräfte verstellt (V₁, V₂, V₃, V₄) werden.