DE102009008675A1

DE102009008675A1 - Gussform zum Druckgießen eines Bauteils sowie Verfahren zur Herstellung einer derartigen Gussform

Info

Publication number: DE102009008675A1
Application number: DE102009008675A
Authority: DE
Inventors: Jan Gaugler; Wilhelm Fischer; Lutz-Eike Dr.-Ing. Elend
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gussform (10) zum Druckgießen eines Bauteils (12) mit mindestens einem ersten Formteil (14) und mindestens einem zweiten Formteil (16) und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Gussform (10). Erfindungsgemäß umfasst mindestens ein Formteil (14) ein formgebendes Konturelement (18), eine das Konturelement (18) abstützende Hinterfüllung (20) und eine in die Hinterfüllung (20) eingebrachte Temperiereinheit (22).

Description

Die Erfindung betrifft eine Gussform zum Druckgießen eines Bauteils sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Gussform nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
Derartige Gussformen zum Druckgießen werden im Fahrzeugbau beispielsweise zur Herstellung von dünnwandigen Bauteilen aus Aluminium, Magnesium oder weiteren Leichtbauwerkstoffen eingesetzt. Die Gussformen weisen in der Regel zwei Formteile auf, welche in geschlossenem Zustand einen Gussraum zur Herstellung des Bauteils ausbilden.
Üblicherweise sind beispielsweise Bauteile für Prototypenfahrzeuge oder Vorserienfahrzeuge häufigen Änderungen ausgesetzt, die eine ständige Anpassung der jeweiligen Gussformen für die Bauteile nach sich ziehen. Eine konventionelle Druckgussform würde daher aus wirtschaftlicher Sicht keinen Sinn ergeben, da abgesehen von kleinen Änderungen der Bauteilgeometrie das Druckgusswerkzeug von Grund auf neu angefertigt werden müsste und dadurch hohe Kosten und Änderungszeiten mit einer Verzögerung des Entwicklungsprozesses entstehen würden. Bisher sind daher Aluminiumdruckgussbauteile durch Sandgussteile und somit Druckgussformen durch Sandgussformen ersetzt worden, um schnell auf konstruktive Änderungen reagieren zu können. Als nachteilig beim Einsatz von Sandgussformen ist der Umstand anzusehen, dass der Aufwand für geometrisch komplex geformte Gussteile mit hohen Ansprüchen an die mechanischen Eigenschaften, Maßhaltigkeit, Fügeignung und Oberflächenqualität enorm ist. Üblicherweise muss daher bei Sandgussteilen eine spanabhebende und somit kostenverursachende Nachbearbeitung erfolgen. Um ähnliche Eigenschaften von Druckgussbauteilen und Sandgussbauteilen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, Maßhaltigkeit und Wandstärken zu erreichen, sind daher aufwändige Arbeiten an den Sandgussbauteilen nötig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gussform zum Druckgießen einer Bauteilgeometrie und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Gussform anzugeben, welche kostengünstig und modifizierbar hergestellt werden kann und somit konstruktive Anpassungen der herzustellenden Bauteilgeometrie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Gussform, welche die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch 12 aufweist, gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Gussform zum Druckgießen einer Bauteilgeometrie bereitzustellen, welche kostengünstig und modifizierbar hergestellt werden kann und somit konstruktive Anpassungen der herzustellenden Bauteilgeometrie ermöglicht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein Formteil der Gussform ein formgebendes Konturelement, eine das Konturelement abstützende Hinterfüllung und eine in die Hinterfüllung eingebrachte Temperiereinheit umfasst. In der Praxis werden beide Formteile bzw. Gussformhälften wie beschrieben ausgeführt. In vorteilhafter Weise handelt es sich hierbei um eine Dauerform, welche sich für geometrisch komplex geformte Gussteile mit hohen Ansprüchen an die Oberflächenqualität eignet. In besonders vorteilhafter Weise kann die Gussform kostengünstig und modifizierbar hergestellt werden, so dass eine Anpassung der Gussform an sich ändernde Bauteile ohne großen Aufwand erfolgen kann.
In vorteilhafter Weise weist das formgebende Konturelement eine formgebende Seite und eine nicht formgebende Seite auf. Hierdurch weist das Konturelement eine stets gleichbleibende, der Hinterfüllung zugewandte Seite auf, welche nicht formgebend ausgebildet sein muss. In vorteilhafter Weise ergibt sich hierdurch eine vereinfachte Herstellung des Konturelements, da nur mehr die formgebende Seite eine an das Bauteil angepasste Kontur mit hoher Oberflächengüte aufweisen muss.
Bevorzugt ist die Temperiereinheit als mindestens ein von einem Medium beaufschlagbarer Kanal ausgeführt. In vorteilhafter Weise ist hierdurch eine einfache und effiziente Temperatursteuerung in der Nähe des Konturelementes möglich. Insbesondere wird auf Grund der einfachen Ausführung der Temperiereinheit eine störungsfreie Temperatursteuerung gewährleistet.
In Ausgestaltung der Erfindung sind ein erster Kanal zur Erwärmung des Formteils und ein zweiter Kanal zur Kühlung des Formteils ausgeführt. Vorzugsweise verlaufen die Kanäle parallel in der Nähe des Konturelementes, wodurch bei Bedarf rasche Temperaturwechsel möglich sind bzw. eine schnelle Temperatursteuerung erfolgen kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Medium um Öl. Bevorzugt ist hierdurch eine hohe Bandbreite der Temperaturführung möglich, da sich Öl insbesondere auf sehr hohe Temperaturen erwärmen lässt.
Des Weiteren ist das formgebende Konturelement nachbearbeitbar ausgeführt. Hierdurch kann eine Änderung der Gussform ohne großen Aufwand erfolgen. Insbesondere dadurch, dass nur mehr die formgebende Seite des Konturelementes an das veränderte Bauteil angepasst werden muss.
Vorzugsweise besteht das Konturelement aus Stahl. In vorteilhafter Weise handelt es sich hierbei um einen günstigen und leicht bearbeitbaren Werkstoff, der beim Gießprozess und insbesondere unter hohen Gießtemperaturen und Gießdrücken formstabil bleibt. Die Ausführung in Stahl ermöglicht ebenfalls eine einfache Nachbearbeitung des Konturelementes insbesondere mit konventionellen spanabhebenden Bearbeitungstechniken.
Die Hinterfüllung ist ein- oder mehrschichtig ausgeführt. In vorteilhafter Weise ergeben sich hierdurch eine einfache Herstellung eines Gussformteils und eine einfache Einbringung der Temperiereinheit. Zudem ist eine gute Verbindung der Hinterfüllung mit dem Konturelement erzielbar. Bevorzugt besteht die Hinterfüllung aus einer Zink-Aluminium-Magnesium-Kupfer-Legierung, einer sogenannten ZAMAK-Legierung, oder Stahlbeton.
Bevorzugt wird die Gussform zur Herstellung von Gussbauteilen aus Aluminium, Aluminiumlegierungen und/oder Magnesiumlegierungen verwendet und hierbei insbesondere zur Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen im Karosseriestrukturbereich.
In vorteilhafter Weise wird die Gussform durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt, welches folgende Schritte aufweist:

• Herstellung eines formgebenden Konturelementes,
• Positionieren einer Temperiereinheit an einer nicht formgebenden Seite des Konturelementes, und
• Ausgießen der nicht formgebenden Seite des Konturelementes mit einer Hinterfüllung.

Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung einer Gussform, die kostengünstig und modifizierbar ist und somit konstruktive Anpassungen der herzustellenden Bauteilgeometrie ermöglicht, da in einem weiteren Verfahrensschritt die formgebende Seite des Konturelementes nachbearbeitet werden kann.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Gussform zum Druckgießen einer Bauteilgeometrie mit zwei Formteilen, wobei ein Formteil ein formgebendes Konturelement, eine das Konturelement abstützende Hinterfüllung und eine in die Hinterfüllung eingebrachte Temperiereinheit aufweist, und
2 einen schematischen Querschnitt durch eine geöffnete Gussform mit dem das Konturelement aufweisenden Formteil, wobei eine Nachbearbeitung des Konturelementes durch eine Fräseinheit vorgesehen ist.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Gussform 10 zum Druckgießen einer Bauteilgeometrie 12 mit einem ersten Formteil 14, einer so genannten ersten Formhälfte, und einem zweiten Formteil 16, einer so genannten zweiten Formhälfte, in einem die Formteile 14, 16 umgebenden Formkasten 28, einem so genannten Formrahmen. Die beiden Formteile 14, 16 bilden einen Gussraum zur Aufnahme des Werkstoffs für das Bauteil 12 bzw. zur Aufnahme des Bauteils 12. Der Formkasten 28 ist teilbar ausgeführt, indem dieser ein erstes Formkastenteil 30, einen so genannten ersten Formrahmen, und ein zweites Formkastenteil 32, einen so genannten zweiten Formrahmen aufweist. Zum Öffnen des Formkastens 28 ist das erste Formkastenteil 30 vom zweiten Formkastenteil 32 trennbar.
Um eine Gussform 10 zum Druckgießen einer Bauteilgeometrie 12 bereitzustellen, die kostengünstig und modifizierbar hergestellt werden kann und somit konstruktive Anpassungen des herzustellenden Bauteils 12 ermöglicht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein Formteil 14 ein formgebendes Konturelement 18, eine das Konturelement 18 abstützende Hinterfüllung 20 und eine in die Hinterfüllung 20 eingebrachte Temperiereinheit 22 umfasst. Vorzugsweise weist das formgebende Konturelement 18 eine formgebende Seite 18a und eine nicht formgebende Seite 18b auf.
Die Temperiereinheit 22 ist als mindestens ein von einem Medium beaufschlagbarer Kanal 24, 26 ausgeführt, wobei die Temperiereinheit 22 im vorliegenden Ausführungs beispiel zwei Kanäle 24, 26 aufweist. Ein erster Kanal 24 dient zur Erwärmung des formgebenden Konturelements 18 und ein zweiter Kanal 26 dient zur Kühlung des formgebenden Konturelements 18. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit die Gussform über einen einzigen Kanal zu temperieren, welcher je nach Anforderung mit gekühltem oder mit erhitztem Medium beaufschlagt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Medium um Öl, wobei auch andere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Medien denkbar sind. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungen der Temperiereinheit 22, wie beispielsweise elektrische Temperierelemente denkbar.
In vorteilhafter Weise ist das formgebende Konturelement 18 nachbearbeitbar ausgeführt, d. h. das Konturelement 18 ist in seiner Formgebung jederzeit modifizierbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Konturelement 18 vorzugsweise aus Stahl, wobei auch andere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Werkstoffe vorstellbar sind. Die Herstellung des Konturelements 18 kann über einen Gießvorgang, einen Sintervorgang, einen Fräsvorgang oder einen anderen geeigneten Herstellvorgang erfolgen.
Vorzugsweise kann die Hinterfüllung 20 ein- oder mehrschichtig ausgeführt sein. Der für die Hinterfüllung 20 verwendete Werkstoff muss hinsichtlich der Wärmeleitung und der Druckfestigkeit geeignet sein. Vorzugsweise besteht die Hinterfüllung 20 aus einer Zink-Aluminium-Magnesium-Kupfer-Legierung, einer so genannten ZAMAK-Legierung, Stahlbeton oder einem anderen geeigneten Werkstoff.
Die Gussform 10 eignet sich insbesondere zur Herstellung von Gussbauteilen 12 aus Aluminium, Aluminiumlegierungen, wie beispielsweise Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierungen (AlSiMg, AlMgSi), oder Magnesiumlegierungen mit denen ein besonders dünnwandiges Gießen möglich ist. Vorzugsweise wird die Gussform 10 zur Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen 12 verwendet und hier insbesondere zur Herstellung von Bauteilen für Kleinserien bzw. Prototypenfahrzeuge oder Vorserienfahrzeuge, die häufigen Änderungen ausgesetzt sind.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gussform 10 wird ein Verfahren verwendet, welches nachfolgende Schritte aufweist. Zunächst erfolgt die Herstellung eines formgebenden Konturelementes 18. Wie bereits erwähnt, kann die Herstellung eines Konturelements 18 über einen Gießvorgang, einen Sintervorgang, einen Fräsvorgang oder einen anderen geeigneten Herstellvorgang erfolgen. Das Konturelement 18 wird in einem Formkasten 28 positioniert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Konturele ment 18 in einem ersten Formkastenteil 30 positioniert. Danach erfolgt das Positionieren einer Temperiereinheit 22 an einer nicht formgebenden Seite 18b des Konturelementes 18 im Formkasten 28 bzw. im ersten Formkastenteil 30. Nun erfolgt das Ausgießen der nicht formgebenden Seite 18b des Konturelementes 18 mit einer Hinterfüllung 20 über einen im Formkasten 28 bzw. ersten Formkastenteil 30 vorgesehenen Einfüllkanal 38.
Abschließend kann nach Bedarf eine Nachbearbeitung der formgebenden Seite 18a des Konturelementes 18 erfolgen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist gemäß 2, welche das erste Formteil 14 der Gussform 10 zeigt, eine mechanische Bearbeitung des Konturelementes 18 durch ein Nachbearbeitungswerkzeug in Form eines Fräskopfes 36 vorgesehen.
Selbstverständlich können die einzelnen Schritte zur Anfertigung der Druckgussform 10 auch variieren. Beispielsweise ist ein Aufbringen des formgebenden Konturelements 18 auf die Hinterfüllung 20 ebenfalls denkbar.
Zum Gießen des Bauteils 12 wird der Formkasten 28 geschlossen, indem die Formkastenteile 30, 32 zusammengeführt werden. Über einen im Formkasten 28 eingebrachten Anguss 34 wird der flüssige Werkstoff für das Bauteil 12 in den Gussraum der Gussform 10 eingebracht. Ein Evakuieren des geschlossenen Formhohlraums bzw. des Formkastens 28 erfolgt durch ein als Überlaufkanal ausgebildetes Überlaufsystem 40.

10: Gussform
12: Bauteil
14: erstes Formteil (erste Formhälfte)
16: zweites Formteil (zweite Formhälfte)
18: formgebendes Konturelement
18a: formgebende Seite
18b: nicht formgebende Seite
20: Hinterfüllung
22: Temperiereinheit
24: Kanal
26: Kanal
28: Formkasten (Formrahmen)
30: erstes Formkastenteil (erster Formrahmen)
32: zweites Formkastenteil (zweiter Formrahmen)
34: Anguss
36: Nachbearbeitungswerkzeug (Fräskopf)
38: Einfüllkanal
40: Überlaufsystem (Überlaufkanal)

Claims

Gussform (10) zum Druckgießen eines Bauteils (12) mit mindestens einem ersten Formteil (14) und mindestens einem zweiten Formteil (16), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Formteil (14) ein formgebendes Konturelement (18), eine das Konturelement (18) abstützende Hinterfüllung (20) und eine in die Hinterfüllung (20) eingebrachte Temperiereinheit (22) umfasst.
Gussform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das formgebende Konturelement (18) eine formgebende Seite (18a) und eine nicht formgebende Seite (18b) aufweist.
Gussform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit (22) als mindestens ein von einem Medium beaufschlagbarer Kanal (24, 26) ausgeführt ist.
Gussform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Kanal (24) zur Erwärmung des Formteils (14) und ein zweiter Kanal (26) zur Kühlung des Formteils (14) ausgeführt ist.
Gussform nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Medium um Öl handelt.
Gussform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das formgebende Konturelement (18) nachbearbeitbar ausgeführt ist.
Gussform nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Konturelement (18) aus Stahl besteht.
Gussform nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterfüllung (20) ein- oder mehrschichtig ausgeführt ist.
Gussform nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterfüllung (20) aus einer Zink-Aluminium-Magnesium-Kupfer-Legierung oder Stahlbeton besteht.
Verwendung einer Gussform gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von Gussbauteilen aus Aluminium, Aluminiumlegierungen und/oder Magnesiumlegierungen.
Verwendung einer Gussform gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder der Verwendung nach Anspruch 10 zur Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen.
Verfahren zur Herstellung einer Gussform (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Herstellung eines formgebenden Konturelementes (18), – Positionieren einer Temperiereinheit (22) an einer nicht formgebenden Seite (18b) des Konturelementes (18), und – Ausgießen der nicht formgebenden Seite (18b) des Konturelementes (18) mit einer Hinterfüllung (20).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die formgebende Seite (18a) des Konturelementes (18) nachbearbeitet wird.