DE102009041162A1

DE102009041162A1 - Verfahren zur Herstellung eines Gussteils

Info

Publication number: DE102009041162A1
Application number: DE200910041162
Authority: DE
Inventors: Jean-Marc Segaud
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-03-24

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Gussteils mit folgenden Schritten: - Bereitstellen einer aus einem verdampfbaren Material und Sand hergestellten Gussform, - Füllen der Gussform mit flüssigem Gussmaterial, wobei das Gussmaterial das verdampfbare Material verdampft und das Gussteil bildet. Nach einer gewissen Randerstarrung des Gussteils wird die weitere Erstarrung des Gussteils mittels eines Kühlfluids beschleunigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Zur Herstellung von Gussteilen, die eine komplexe Geometrie aufweisen, wie dies z. B. bei Zylinderköpfen von Verbrennungsmotoren der Fall ist, ist das sogenannte ”Lost Foam-Verfahren” eine etablierte, kostengünstige Fertigungsmethode. Dabei wird eine aus Formsand und expandiertem Polystyrol hergestellte Gussform verwendet. Das expandierte Polystyrol definiert die herzustellende Geometrie, d. h. das Positiv des Gussteils und der Formsand dessen Negativ. Beim Einbringen heißen, flüssigen Gussmaterials wird das expandierte Polystyrol verdampft und das Metall erstarrt in der verbleibenden Sandkavität.
Da das Gussteil beim Lost Foam-Verfahren in die Sandform eingebettet ist, ist die Erstarrungsgeschwindigkeit relativ niedrig, insbesondere langsamer als bei anderen Gussverfahren, wie z. B. dem Kokillenguss. Da es schwierig bzw. unmöglich ist, beim Lost Foam-Verfahren Kühleinrichtungen zu verwenden, ist die Erstarrungsmorphologie des herzustellenden Gussteils kaum beeinflussbar.
Die Erstarrungsgeschwindigkeit bestimmt das Gefüge des herzustellenden Gussteils. Eine langsame, nicht orientierte Erstarrung verursacht eine gröbere Struktur und eine höhere Porosität als dies bei Gussteilen der Fall ist, die schneller und gerichtet erstarren. Das Gefüge von im Lost Foam-Verfahren hergestellten Gussteilen weist dementsprechend eine geringere dynamische Festigkeit und eine geringere Thermoschockbeständigkeit auf. Dies limitiert die Anwendung des Lost Foam Verfahrens. Die Herstellung von Zylinderköpfen für hochaufgeladene und entsprechend mechanisch hoch belastete Motoren ist im Lost Foam-Verfahren nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lost Foam-Verfahren zur Herstellung von Gussteilen anzugeben, die eine vergleichsweise hohe dynamische Festigkeit und eine hohe Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein unter dem Begriff ”Lost Foam-Verfahren” bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, bei dem eine aus einem verdampfbaren Material, wie z. B. expandiertem Polystyrol, und Gusssand hergestellte Gussform verwendet wird. Beim Füllen der Gussform wird das verdampfbare Material durch die Wärmeenergie des flüssigen Gussmaterials unmittelbar verdampft. Die Geometrie des herzustellenden Gussteils entspricht somit exakt der Geometrie des ursprünglich vorhandenen verdampfbaren Materials.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass, sobald das Gussmaterial in seinen Randbereichen zumindest bis zu einem gewissen Grad erstarrt ist, die weitere Erstarrung des Gussteils durch Applizieren eines Kühlfluids beschleunigt wird.
Bei dem Kühlfluid kann es sich beispielsweise um Wasser oder um ein Wasser-Glykolgemisch oder um eine andere geeignete Kühlflüssigkeit handeln.
Das Kühlfluid kann beispielsweise durch eine geeignete Spritz- bzw. Strahlvorrichtung appliziert, d. h. auf die Oberfläche bzw. auf einen oder mehrere Teilbereiche der Oberfläche des Gussteils gespritzt bzw. gestrahlt werden. Die Kühlflüssigkeit kann insbesondere auch durch den Sand der Gussform hindurch appliziert werden.
Durch das Abschrecken der Gussoberfläche beschleunigt sich die Erstarrung des Gussteils, wodurch sich ein feineres Gefüge ergibt. Da das Gussteil durch Applizieren der Kühlflüssigkeit primär von einer Seite her erstarrt, ergibt sich eine gerichtete Erstarrung, was wiederum die Porosität des Gussteils verringert und sich günstig auf dessen Festigkeitseigenschaften auswirkt.
Zusammenfassend können mit der Erfindung Zylinderköpfe im Lost Foam-Verfahren hergestellt werden, die insbesondere im Brennraumbereich eine feinere Gefügestruktur und bessere dynamische Festigkeitseigenschaften aufweisen, als dies bei herkömmlichen, im Lost Foam-Verfahren hergestellten Zylinderköpfen der Fall ist. Mit der Erfindung können insbesondere Zylinderköpfe für hochaufgeladene Motoren hergestellt werden.
Grundsätzlich ist die Erfindung auch zur Herstellung anderer Gussteile, wie z. B. von Kurbelgehäusen für Verbrennungsmotoren und ganz allgemein zur Herstellung von Teilen geeignet, die hohen Festigkeitsanforderungen genügen müssen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen einer aus einem verdampfbaren Material und Sand hergestellten Gussform, – Füllen der Gussform mit flüssigem Gussmaterial, wobei das Gussmaterial das verdampfbare Material verdampft und das Gussteil bildet, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer gewissen Randerstarrung des Gussteils die weitere Erstarrung des Gussteils mittels eines Kühlfluids beschleunigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gussteile um einen Zylinderkopf oder um ein Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotor handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid Wasser ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlfluid ein Gemisch aus Wasser und Glykol verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid mittels einer Spritz- bzw. Strahleinrichtung primär von einer Seite her auf die Oberfläche des Gussteils gespritzt bzw. gestrahlt wird.