DE102008054718B4

DE102008054718B4 - Gießform für den Schwerkraftguss und Schwerkraftgießverfahren

Info

Publication number: DE102008054718B4
Application number: DE200810054718
Authority: DE
Inventors: Roland Böhm
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: DE102008054718A1

Abstract

Gießform für den Schwerkraftguss mit zumindest einem verschiebbaren Seitenwandabschnitt (16), der nach Beginn des Einfüllens einer Metallschmelze in Richtung eines gegenüberliegenden Wandabschnitts (14) derart verschiebbar ist, dass eine, verglichen mit anderen Bereichen eines zu erzeugenden Gussteils, dünnere Wand erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Wandabschnitte vor dem Verschieben des verschiebbaren Seitenwandabschnitts in etwa einer gießtechnischen Mindestwanddicke entspricht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Gießform für den Schwerkraftguss und ein Schwerkraftgießverfahren.
Schwerkraftguss wird verbreitet verwendet, beispielsweise um Kolben für Verbrennungsmotoren, insbesondere Ottomotoren, herzustellen. Hierbei tritt häufig ein Problem dahingehend auf, dass vergleichsweise dünnwandige Querschnitte nicht hergestellt werden können, weil das flüssige Metall nicht in die entsprechenden schmalen Zonen des Formhohlraums fließt.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2006 040 256 A1 geht ein Niederdruck-Gießverfahren hervor, bei dem eine Nachdruckphase vorgesehen ist, während der ein Nachdruckkolben das in der Zuleitung zu dem Formhohlraum befindliche flüssige Metall unter Druck setzt.
Die EP 0 127 366 A1 betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Kolbens, bei dem ein Bolzen derart in den Formhohlraum eingeführt wird, dass flüssiges Metall verdrängt wird, und in der Umgebung des Bolzens die Kolbenbolzennaben erzeugt werden.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießform für den Schwerkraftguss und ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, mit denen Gegenstände mit zumindest bereichsweise besonders dünnen Wänden oder Querschnitten erzeugt werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch die im Anspruch 1 beschriebene Gießform.
Diese weist zumindest einen verschiebbaren Wandabschnitt auf, der nach Beginn des Einfüllens der Metallschmelze in Richtung eines gegenüberliegenden Wandabschnitts derart verschiebbar ist, dass, verglichen mit anderen Bereichen des zu erzeugenden Gussteils, eine dünnere Wand erzeugbar ist. Mit anderen Worten befindet sich der verschiebbare Wandabschnitt zunächst, zu Beginn des Eingießens der Metallschmelze in einem Abstand von einem gegenüberliegenden Wandabschnitt, der groß genug ist, um sicherzustellen, dass im Rahmen eines Schwerkraftgießverfahrens das flüssige Metall in den Bereich zwischen den beschriebenen Wandabschnitten fließt. Während des Eingießens oder auch nach Abschluss des Eingießens, jedenfalls jedoch vor Erreichen der Erstarrungsintervalltemperatur wird der verschiebbare Wandabschnitt in Richtung des gegenüberliegenden Wandabschnitts derart verschoben, dass der Formhohlraum in diesem Bereich ”verkleinert” wird, so dass zwischen den beiden Wandabschnitten an dem fertigen Gießteil eine besonders dünne Wand (Als Dickenrichtung wird die Bewegungsrichtung des verschiebbaren Wandabschnitts betrachtet.) erzeugt werden kann. Dies ist dadurch möglich, dass der zunächst vergrößerte Hohlraum in diesem ein ausreichendes Einfließen der Metallschmelze ermöglicht, und eine besonders dünne Wand an dem Gießteil dadurch erzeugt wird, dass der verschiebbare Wandabschnitt in der beschriebenen Weise bewegt wird, und in diesem Bereich ”zuviel” vorhandene Metallschmelze verdrängt und beispielsweise durch einen in der Gießform ausgebildeten Auslass hinausgeschoben wird.
Hierdurch kann in einer Art und Weise, die in gießtechnischer Hinsicht den Anforderungen entspricht, weil der Formhohlraum angemessen mit Metallschmelze gefüllt werden kann, ein Gussteil erzeugt werden, das an sich ”nicht gießbare”, weil zu schmale Wanddicken aufweist, jedoch im Hinblick auf die Gestaltung als solche insbesondere den im Betrieb gestellten Festigkeitsanforderungen entspricht. Der verschiebbare Wandabschnitt kann auch als ”Schieber” bezeichnet werden. Im Hinblick auf die übliche Orientierung einer Gießform wird für zumindest einen verschiebbaren Wandabschnitt derzeit bevorzugt, dass er seitlich und/oder außen, bezüglich des zu erzeugenden Gussteils, angeordnet ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gießform sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass der verschiebbare Wandabschnitt von dem gegenüberliegenden Wandabschnitt im Ausgangszustand einen Abstand aufweist, der einem ”gießtechnischen” Mindestabstand entspricht. Mit anderen Worten ist der Formhohlraum in diesem Bereich gerade so groß gewählt, dass er beim Schwerkraftguss problemlos mit Metallschmelze gefüllt werden kann, die nachfolgend, wie beschrieben, teilweise derart verdrängt wird, dass eine Wandstärke erzeugt werden kann, die unterhalb einer gießtechnischen Mindestwandstärke liegt.
Derzeit wird für die erfindungsgemäße Gießform bevorzugt, dass ihr Formhohlraum für die Herstellung eines Kolben(rohling)s für einen Verbrennungsmotor angepasst ist. Auf diesem technischen Gebiet können durch Gewichtseinsparung besonders umfangreiche Vorteile erreicht werden, so dass die Einsparung von Wanddicken bei einem Kolben für einen Verbrennungsmotor mittels der erfindungsgemaßen Gießform besonders vorteilhaft ist.
Hierbei haben sich bei ersten Versuchen insbesondere günstige Ergebnisse eingestellt, wenn der verschiebbare Wandabschnitt im Bereich des Kolbenschaftes eines zu erzeugenden Kolbens vorgesehen wird. Insbesondere in diesem Bereich sind die Wanddicken, die an dem Kolben zur Erfüllung der daran gestellten Anforderungen erforderlich sind, geringer als die ”gießtechnischen Mindestwanddicken”, so dass hier die Erfindung von besonderem Nutzen ist. Der verschiebbare Wandabschnitt kann jedoch bis in den Bereich der Kolbenringnuten oder des Kolbenbodens reichen.
Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt ferner durch das im Anspruch 5 beschriebene Verfahren, das von seinem Grundgedanken her, ebenso wie im Hinblick auf die dadurch erreichten Vorteile und die bevorzugten Ausführungsformen der vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen Gießform entspricht. Hierbei ist zu beachten, dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei eutektischen oder übereutektischen AlSi-Legierungen des endogenen Erstarrungstyps, wie sie beispielsweise beim Kolbenguss verwendet werden, seine Vorteile entfaltet. Diese Legierungen neigen nämlich insbesondere beim Kokillenguss und hier insbesondere in Bereichen mit kleinen Wandstärken zu einer (unerwünschten) exogenen Erstarrungscharakteristik, weil aufgrund der hohen Erstarrungsgeschwindigkeit zu wenig Zeit für die Bildung von Kristallen ”vor” der schnell wachsenden Erstarrungsfront vorhanden ist. Die Folge kann eine (unerwünschte) ”Stengelkristallbildung” in den dünnwandigen Bereichen sein. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mittels der erfindungsgemäßen Gießform kann dies zumindest teilweise verhindert werden, so dass sich zumindest eine Mischform der Kristallisation, mit teilweise endogener und teilweise exogener Kristallisation, einstellt.
Für Kolbenlegierungen gilt dies in besonderem Maße, da diese aufgrund ihrer großen Erstarrungsintervalle zwar endogen, also ”schwammartig” erstarren, eine Stengelkristallbildung bei fehlender technischer Makrofeinung mittels geeigneter Kornfeinungszusätze in der Legierung jedoch nahezu stets auftritt. Diese kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beschränkt werden. Die Erfindung schafft somit eine Kompensation der augrund der ”schwammartigen” Erstarrung begrenzten Reichweite des Speisungsvermögens derartiger Legierungen. Mit anderen Worten können im Normalfall schlecht gespeiste Bereiche noch fehlerfrei gegossen werden. Insofern eignet sich die Erfindung insbesondere für die vorangehend erwähnten Legierungen. Diese können insbesondere einen Siliziumanteil von 10% oder mehr enthalten. Beispielsweise kann dieser im Bereich 10% bis 13%, 12% bis 15% oder 14% bis 16% liegen, wobei die genannten Bereichsgrenzen miteinander kombiniert werden können. Ferner können die Legierungen Kupfer in einem Anteil von mehr als 3% enthalten. Schließlich sei im Hinblick auf Kolbenwerkstoffe, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft verwendet werden können, auf das Buch ”Motorkolben” von Stefan Zima (Vieweg, 1. Auflage, September 2005) Seiten 97 bis 136 verwiesen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird eine beispielhaft in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Gießform und eines dadurch erzeugten Kolbenrohlings.
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
In der Figur ist in einer Schnittdarstellung ein Kolbenrohling 10 mit einer Schaftwand 12 zu erkennen, die bei der gezeigten Ausführungsform zwischen einem feststehenden Wandabschnitt 14 der Gießform und einem verschiebbaren Wandabschnitt 16 der Gießform erzeugt wird. Mit A ist die Wanddicke der Schaftwand des Kolbens bezeichnet, die den Anforderungen an den späteren Kolben entsprechend vergleichsweise dünn gestaltet ist. Demgegenüber ist der mit B bezeichnete Gießquerschnitt deutlich dicker und stellt sicher, dass die Metallschmelze beim Schwerkraftguss den Formhohlraum in diesem Bereich zumindest weitgehend ausfüllt. Um dennoch die vergleichsweise dünne Schaftwand 12 des Kolbens zu erzeugen, wird der verschiebbare Wandabschnitt 16 der Gießform um einen Verschiebweg C verschoben. Dies erfolgt nach Beginn des Eingießens der Metallschmelze, während des Eingießens, in bestimmten Anwendungsfällen auch nach Abschluss des Eingießens, jedoch vor dem Erstarren der Metallschmelze, um die Metallschmelze zumindest teilweise aus diesem Bereich zu verdrängen, und die vergleichsweise dünne Schaftwand 12 auszubilden. Wie in der Figur zu erkennen ist, wird der verschiebbare Wandabschnitt 16 der Gießform zumindest weitgehend in Richtung des gegenüberliegenden, festen Wandabschnitts 14 verschoben, um zwischen diesen Wandabschnitten den besonders dünnwandigen Bereich des Kolbenrohlings 10 auszubilden.

Claims

Gießform für den Schwerkraftguss mit zumindest einem verschiebbaren Seitenwandabschnitt (16), der nach Beginn des Einfüllens einer Metallschmelze in Richtung eines gegenüberliegenden Wandabschnitts (14) derart verschiebbar ist, dass eine, verglichen mit anderen Bereichen eines zu erzeugenden Gussteils, dünnere Wand erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Wandabschnitte vor dem Verschieben des verschiebbaren Seitenwandabschnitts in etwa einer gießtechnischen Mindestwanddicke entspricht.
Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formhohlraum derselben für das Gießen eines Kolbens eines Verbrennungsmotors oder eines Kolbenrohlings angepasst ist.
Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verschiebbare Seitenwandabschnitt (16) im Bereich eines Kolbenschafts (12) vorgesehen ist.
Schwerkraftgießverfahren, bei dem nach einem Beginn des Einfüllens einer Metallschmelze in zumindest einem Bereich durch Verschieben eines verschiebbaren Seitenwandabschnitts in Richtung eines gegenüberliegenden Wandabschnitts ein Hohlraum ausgebildet wird, der, verglichen mit anderen Bereichen des Formhohlraums, dünner ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem verschiebbaren Seitenwandabschnitt und dem gegenüberliegenden Wandabschnitt zu Beginn des Einfüllens der Metallschmelze in etwa auf eine gießtechnische Mindestwanddicke eingestellt wird.
Schwerkraftgießverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass hierdurch ein Kolben eines Verbrennungsmotors oder ein Kolbenrohling gegossen wird.
Schwerkraftgießverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dünner ausgebildete Bereich des Formhohlraums im Bereich eines Kolbenschafts vorgesehen wird.