DE102011052366A1

DE102011052366A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen

Info

Publication number: DE102011052366A1
Application number: DE102011052366A
Authority: DE
Inventors: Dr. Beer Stephan; Stanislav Stanchev; Franz Ludescher; Steffen Bihlmayer
Original assignee: KS Aluminium Technologie GmbH
Current assignee: KS Huayu Alutech GmbH
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2031-08-03
Also published as: DE102011052366B4; WO2013017371A1

Abstract

Zur Herstellung qualitativ hochwertiger Gussstücke wird ein Verfahren zum Kippgießen vorgeschlagen, bei dem eine Gießform (2) mit einem Formhohlraum (10) sowie mit an der Gießform (2) angebrachtem Gießtümpel (12), Gießlauf (14) und Anschnitten (16) aus einer Ausgangsstellung in eine Maximalkippstellung gekippt wird, der Gießtümpels (12) zu Beginn mit flüssigem Leichtmetall befüllt wird, wobei der it gefüllt wird, dass die Anschnitte (16) geodätisch oberhalb einer Oberfläche (28) des Leichtmetalls im Gießtümpel (12) liegen und anschließend die Gießform (2) unter kontinuierlicher Weiterfüllung des Gießtümpels (12) zurückgekippt wird, die Füllung des Gießtümpels vor Erreichen der Ausgangsstellung gestoppt wird und im Folgenden die rückwärtige Kippbewegung in der Ausgangsstellung gestoppt wird, wobei erfindungsgemäß die Gießform (2) im ersten Schritt so weit gekippt wird, bis die Anschnitte (16) geodätisch in der Maximalkippstellung unterhalb des Formhohlraums (10) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Leichtmetallbauteilen durch Kippgießen, bei dem zunächst eine Gießform mit einem Formhohlraum sowie mit an der Gießform angebrachtem Gießtümpel, Gießlauf und Anschnitten aus einer Ausgangsstellung in eine Maximalkippstellung gekippt wird, daraufhin eine Startbefüllung des Gießtümpels mit flüssigem Leichtmetall durchgeführt wird, wobei der Gießtümpel in dieser gekippten Stellung so weit gefüllt wird, dass die Anschnitte geodätisch oberhalb einer Oberfläche des Leichtmetalls im Gießtümpel liegen, im Folgenden die Gießform unter kontinuierlicher Weiterfüllung des Gießtümpels zurückgekippt wird, anschließend die Füllung des Gießtümpels vor Erreichen der Ausgangsstellung gestoppt wird und abschließend die rückwärtige Kippbewegung in der Ausgangsstellung gestoppt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen mit einem Gießtümpel, einem Gießlauf, der fluidisch mit dem Gießtümpel verbunden ist, Anschnitten, die mit dem Gießlauf fluidisch verbunden sind, einem Formhohlraum, der in einer Gießform ausgebildet ist und der mit den Anschnitten fluidisch verbunden ist, und Mitteln zum Kippen der Gießform mit dem Gießlauf den Anschnitten dem Speiser und dem Gießtümpel von einer Ausgangsstellung in eine Maximalkippstellung und zurück.
Das Kippgießverfahren ist bekannt. Es gehört zu den Schwerkraftgießverfahren, bei denen die Formfüllung durch Bewegung der Schmelze unter der Wirkung der Erdschwerkraft erfolgt. Dabei ist die gesamte Gießvorrichtung zur kontinuierlichen gleichmäßigen Füllung des Formhohlraums um eine Drehachse drehbar angeordnet. Durch dieses Kippen ist es möglich, die metallostatische Gießhöhe relativ gering zu halten, da die Füllung des Formhohlraums erst mit dem langsamen Aufrichten der Gießform erfolgt.
Ein Kippgießverfahren zur Herstellung von Motorblöcken aus Leichtmetall wird in der DE 10 2004 015 649 B3 beschrieben. Die Gießform wird bei diesem Verfahren um 30° bis 70° geneigt und zunächst etwa ein Fünftel des insgesamt für diesen Guss benötigten Metalls in den Gießtümpel eingefüllt. Daraufhin strömt das Metall durch den Auslauf in die unter dem Auslauf liegende Form. Das Befüllen wird kontinuierlich fortgesetzt, während die Form in ihre Ausgangsstellung zurückgekippt wird. Bei dieser Ausführung beruhigt sich zwar zunächst das Metall im Gießtümpel, jedoch wird mit dem Einfüllen des Metalls in die Form erneut eine turbulente Strömung erzeugt, da die Schmelze aufgrund der Schwerkraft bis hinunter in den tiefsten Bereich des Formhohlraums strömt.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2006 058 142 A1 ein Verfahren zum Kippgießen von Leichtmetallbauteilen bekannt, bei dem die Gießform um bis zu 90° gekippt wird. Der Gießtümpel kann in der gekippten Stellung vollständig gefüllt werden, da der Gießlauf in dieser Stellung oberhalb des Gießtümpels angeordnet ist. Mit Rückdrehung der Form mit dem Gießtümpel beginnt die Füllung der Form und wird fortgesetzt, bis die Ausgangsposition wieder erreicht ist. Auch bei dieser Ausführung entsteht eine turbulente Füllung zu Beginn des rückwärtigen Kippvorgangs, da die Schmelze bis zum Boden des Formhohlraums strömt.
Entsprechend besteht bei den bekannten Kippgießanlagen die Gefahr, dass die gefertigten Bauteile Gießfehler, insbesondere durch Lufteinschluss aufweisen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen zu schaffen, mit denen Bauteile mit homogener Struktur gegossen werden können, die möglichst keine Lunker oder Hohlräume oder Undichtigkeiten im Gussstück aufweisen. Des Weiteren soll eine möglichst gute Temperaturverteilung bei der Erstarrung erzielt werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Dadurch, dass bezüglich des Verfahrens die Gießform im ersten Schritt so weit gekippt wird, bis die Anschnitte geodätisch unterhalb des Formhohlraums angeordnet sind und die Anschnitte geodätisch über der Oberfläche des Leichtmetalls im Gießtümpel liegen, beziehungsweise dass bezüglich der Vorrichtung in einer Maximalkippstellung der Vorrichtung die Anschnitte geodätisch unterhalb des Formhohlraums angeordnet sind und die Anschnitte geodätisch oberhalb der Oberfläche des Leichtmetalls im Gießtümpel angeordnet sind, wird erreicht, dass beim Füllen des Formhohlraums beim Zurückkippen, die Schmelze langsam mit sehr geringen Strömungswiderständen in den Formhohlraum einströmt. Somit ist die Anschnittgeschwindigkeit konstant kleiner als 0,5 m/s. Hierdurch werden auch Lufteinschlüsse im Gussstück verhindert, da keine herabfallende Formfüllung besteht und die Schmelze somit nicht von oben auf einen mit Luft gefüllten Hohlraum trifft.
Vorzugsweise wird die Gießform so weit gekippt, dass eine an die Anschnitte angrenzende Innenwand des Formhohlraums in Richtung der Anschnitte in der Maximalkippstellung geneigt ist. Entsprechend werden die Anschnitte der Vorrichtung so zum Formhohlraum angeordnet, dass in der Maximalkippstellung eine an die Anschnitte angrenzende Innenwand des Formhohlraums in Richtung der Anschnitte geneigt ist. Dies verhindert über den gesamten Füllvorgang des Formhohlraums eine herabfallende Füllung, so dass die kinetische Energie des Schmelzestroms gering bleibt, und lediglich eine turbulenzfreie Formfüllung existiert. Hierdurch wird das Gefüge des Gussstücks verbessert.
In einer besonders bevorzugten Ausführung ist der Gesamtquerschnitt der Anschnitte größer oder gleich dem Querschnitt des Gießlaufs. So entsteht nur ein geringer hydrodynamischer Druck in den Anschnitten, wodurch wiederum sichergestellt wird, dass die Strömungsgeschwindigkeiten in den Anschnitten unter 0,5m/s betragen. Der Gießlauf zum Tümpel ist druckbehaftet, die Anschnitte zum Gießlauf jedoch drucklos.
In einer besonderen Ausführung wird die Gießform so weit gekippt, dass der Gießlauf geodätisch vollständig unterhalb der Anschnitte angeordnet ist. Entsprechend ist der Gießlauf zu den Anschnitten auszurichten. Dies führt dazu, dass bei der Füllung des Gießtümpels in der Maximalkippstellung zunächst der Gießlauf vollständig befüllt wird, bevor die Schmelze die Anschnitte erreicht, wodurch auf hydrodynamische Widerstände in den Anschnitten verzichtet werden kann. Daher können die Anschnittsquerschnitte sehr groß gewählt werden und somit eine turbolenzarme Füllung erreicht werden. Darüber hinaus kann Restluft aus dem Gießlauf in den am Ende des Gießlaufs vorhandenen Schaumfang und über die Anschnitte ungehindert entweichen. Auch hierdurch wird die Gussqualität hinsichtlich Gas- und Oxidgehalt verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird die Gießform so weit gekippt, dass die Anschnitte geodätisch oberhalb des Gießtümpels angeordnet sind. In der Maximalkippstellung ist somit der Gießtümpel vollständig geodätisch unterhalb der Anschnitte angeordnet, wodurch der Gießtümpel vollständig befüllt werden kann, bevor die eigentliche Füllung des Formhohlraums erfolgt. Dies beruhigt die Schmelze im Gießlauf und verhindert unnötigen Druck auf die Anschnitte und somit Turbulenzen in der Schmelze.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gießform mit dem Gießtümpel und dem Gießlauf vor der Startbefüllung um 90° bis 135° gekippt wird, so dass die Vorrichtung entsprechend aus der Ausgangsstellung kippbar ausgeführt wird. Im Vergleich zu bekannten Ausführungen ist es bei einem solchen Kippwinkel deutlich leichter die Gießform mit dem Formhohlraum sowie die Anschnitte, den Gießlauf und den Gießtümpel entsprechend Vorbeschriebenem anzuordnen.
Vorzugsweise wird der Gießtümpel bei der Startbefüllung, wenn die Anschnitte geodätisch oberhalb des Gießtümpels angeordnet sind, vollständig gefüllt. So kann eine große Menge der insgesamt verwendeten Schmelze bereits beruhigt werden. Bei der Startbefüllung wird dabei je nach Gussteilgeometrie und -größe vorteilhafterweise 25% bis 50% des benötigten Schmelzevolumens in den Gießtümpel gefüllt.
Vorzugsweise erfolgt die Füllung des Formhohlraums über den Speiser. Entsprechend weist die Vorrichtung einen Speiser auf, der zwischen den Anschnitten und dem Formhohlraum angeordnet ist und über den der Formhohlraum fluidisch mit den Anschnitten verbunden ist. Durch diese Anordnung kann eine günstige Temperaturverteilung über das Gussstück und den Speiserbereich erzielt werden, wodurch die Erstarrung des Gussstücks im Hinblick auf seine Lunkerneigung günstig beeinflusst werden kann.
Es wird somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen geschaffen, mittels derer Gusstücke mit verbessertem Gefüge hergestellt werden können, da turbulente Strömungen und Lufteinschlüsse und draus folgende Oxidbildungen größtenteils vermieden werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird mit dem daraus folgenden Verfahren nachfolgend beschrieben.
1a–c zeigen schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung als schematische Seitenansicht dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kippgießen besteht aus einer Gießform 2, welche im vorliegende Ausführungsbeispiel eine Grundplatte 4 sowie zwei Seitenteile 6, 8 aufweist. Zwischen den Seitenteilen 6, 8 beziehungsweise der Grundplatte ist ein Formhohlraum 10 ausgebildet, der die Struktur des zu gießenden Leichtmetallbauteils aufweist.
Im Bereich des Seitenteils 6 ist ein Gießtümpel 12 befestigt, an dessen zur Gießform 2 gelegenen Seite ein Gießlauf 14 ausgebildet ist, der über Anschnitte 16 mit einem Speiser 18 fluidisch verbunden ist. Der Speiser 18 ist Teil der Gießform 2 und ist wiederum in bekannter Weise mit dem Formhohlraum 10 verbunden.
An der Grundplatte 4 sind Mittel 20 zur Erzeugung einer Drehbewegung der Grundplatte 4 mit der übrigen Gießform 2 und den daran angebrachten Bauteilen 12, 14, 16, 18 um eine Drehachse 22 befestigt. Diese Mittel 20 können beispielsweise durch einen Elektromotor und entsprechende Lagerungen gegeben sein.
Erfindungsgemäß wird die Gießform um bis zu 135° aus ihrer in 1c dargestellten Ausgangsstellung zunächst in eine in 1a dargestellten Maximalkippstellung um die Drehachse 22 gekippt werden.
In der Maximalkippstellung befindet sich der gesamte Gießtümpel 12 unterhalb des gesamten Formhohlraums 10. Entsprechend ist eine an den Gießtümpel 12 beziehungsweise die Anschnitte 16 angrenzende Innenwand 24 des Formhohlraums 10 beziehungsweise des Speisers 18 zu den Anschnitten 16 geneigt ausgebildet. Des Weiteren befinden sich in dieser Stellung die Anschnitte 16 oberhalb des Gießlaufs 14, der wiederum den höchsten Teil des Gießtümpels 12 bildet und unterhalb des Formhohlraums 10 und des Speisers 18 angeordnet ist.
Daraus folgt, dass mit Füllung des Gießtümpels 12 über einen Schmelzeaufnahmebehälter 26 die Oberfläche 28 einer Schmelze 30 eines Leichtmetalls vollständig innerhalb des Gießtümpels 12 verharrt, bis dieser vollständig gefüllt ist. Entsprechend kann sich die Schmelze 30 zunächst im Gießtümpel 12 beruhigen. Gleichzeitig erfolgt als letztes die Füllung des Gießlaufs 14, so dass die im Gießlauf 14 zuvor vorhandene Luft über die Anschnitte 16 oder einen Schaumfang nach außen entweichen kann.
Wird im Folgenden die Vorrichtung zurück in Richtung ihrer Ausgangsstellung gekippt, strömt die Schmelze 30 aus dem Gießtümpel 12 über den Gießlauf 14 und die Anschnitte 16 entlang der Innenwand 24 über den Speiser 18 in den Formhohlraum 10. Dabei findet jedoch keine Fallbewegung der Schmelze 30 statt, da diese lediglich entlang der Wand in Richtung zur Grundplatte 4 gleitet. Dies bedeutet, dass während des gesamten Gießprozesses die Schmelze eine einheitliche waagerechte Oberfläche aufweist, wodurch turbulente Strömungen zuverlässig vermieden werden. Gleichzeitig werden Lufteinschlüsse in der Schmelze vermieden. Auch wird die Oxidbildung deutlich reduziert, da die nachfließende Schmelze 30 nicht über die Luft von oben auf die in der Form vorhandene Schmelze trifft. Der Gießtümpel 12, der Gießlauf 14 und die Anschnitte 16 bleiben dabei immer voll Schmelze. Es findet eine zur Kippbewegung der Vorrichtung synchronisierte Bewegung des Schmelzeaufnahmebehälters 26 statt. Bei einem Kippwinkel von etwa 50° bis 95° ist der Schmelzeaufnahmebehälter leer
In den Gießtümpel 12 wird kontinuierlich weiter Schmelze 30 vom Schmelzeaufnahmebehälter 26 eingeführt, bis eine ausreichende Menge in der Vorrichtung vorhanden ist, beziehungsweise der Schmelzeaufnahmebehälter 26 entleert ist, wie in 1b dargestellt und was bei einem Kippwinkel von etwa 50° bis 95° üblicherweise eintritt.
Anschließend wird der Formhohlraum 10 durch langsames turbulenzfreies schichtweises Gleiten der Schmelze befüllt. Mit Weiterkippen der Gießform 2 leert sich somit der Gießtümpel 12 während der Formhohlraum 10 gefüllt wird, so dass in der Ausgangsstellung der Formhohlraum 10 und große Teile des Speisers 18 gefüllt sind und der in dieser Stellung oberhalb des Formhohlraums 10 angeordnete Gießtümpel 12 vollständig entleert ist.
Im Folgenden erstarrt das Gussstück und kann der Gießform 2 entnommen werden.
Ein derartig hergestelltes Gussstück weist eine sehr gute Gussqualität mit einem gleichmäßigen Gefüge und einer sehr geringen Neigung zu Lufteinschlüssen, Lunker- und Gasblasenbildung auf, indem Turbulenzen und fallende Strömungen ebenso vermieden werden, wie die Bildung von Luftkammern.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. Insbesondere die genaue Ausbildung und Anordnung der Bauteile zueinander ist innerhalb des Schutzumfangs veränderbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004015649 B3 [0003]
DE 102006058142 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen durch Kippgießen mit folgenden Schritten: – Kippen einer Gießform (2) mit einem Formhohlraum (10) sowie mit an der Gießform (2) angebrachtem Gießtümpel (12), Gießlauf (14) und Anschnitten (16) aus einer Ausgangsstellung in eine Maximalkippstellung – Startbefüllung des Gießtümpels (12) mit flüssigem Leichtmetall, wobei der Gießtümpel (12) in dieser gekippten Stellung so weit gefüllt wird, dass die Anschnitte (16) geodätisch oberhalb einer Oberfläche (28) des Leichtmetalls im Gießtümpel (12) liegen – Zurückkippen der Gießform (2) unter kontinuierlicher Weiterfüllung des Gießtümpels (12) – Stoppen der Füllung des Gießtümpels (12) vor Erreichen der Ausgangsstellung – Stoppen der rückwärtigen Kippbewegung in der Ausgangsstellung dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (2) im ersten Schritt so weit gekippt wird, bis die Anschnitte (16) geodätisch in der Maximalkippstellung unterhalb des Formhohlraums (10) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen durch Kippgießen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (2) so weit gekippt wird, dass eine an die Anschnitte (16) angrenzende Innenwand (24) des Formhohlraums (10) in Richtung der Anschnitte (16) in der Maximalkippstellung geneigt ist.
Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen durch Kippgießen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (2) so weit gekippt wird, dass der Gießlauf (14) geodätisch vollständig unterhalb der Anschnitte (16) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen durch Kippgießen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (2) so weit gekippt wird, dass die Anschnitte (16) geodätisch oberhalb des Gießtümpels (12) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen durch Kippgießen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (2) mit dem Gießtümpel (12) und dem Gießlauf (14) vor der Startbefüllung um 90° bis 135° gekippt wird.
Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen durch Kippgießen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießtümpel (12) bei der Startbefüllung vollständig gefüllt wird.
Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen durch Kippgießen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Startbefüllung etwa 25 bis 50% des benötigten Schmelzevolumens in den Gießtümpel (12) gefüllt wird.
Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallbauteilen durch Kippgießen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung des Formhohlraums (10) über den Speiser (18) erfolgt.
Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen mit einem Gießtümpel (12), einem Gießlauf (14) der fluidisch mit dem Gießtümpel (12) verbunden ist, Anschnitten (16), die mit dem Gießlauf (14) fluidisch verbunden sind, einem Formhohlraum (10), der in einer Gießform (2) ausgebildet ist und der mit den Anschnitten (16) fluidisch verbunden ist und Mitteln (20) zum Kippen der Gießform (2) mit dem Gießlauf (14) den Anschnitten (16), dem Speiser (18) und dem Gießtümpel (12) von einer Ausgangsstellung in eine Maximalkippstellung und zurück dadurch gekennzeichnet, dass in der Maximalkippstellung der Vorrichtung die Anschnitte (16) geodätisch unterhalb des Formhohlraums (10) angeordnet sind und die Anschnitte (16) geodätisch oberhalb einer Oberfläche (28) des Leichtmetalls im Gießtümpel (12) angeordnet sind.
Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Maximalkippstellung eine an die Anschnitte (16) angrenzende Innenwand (24) des Formhohlraums (10) in Richtung der Anschnitte (16) geneigt ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtquerschnitt der Anschnitte (16) größer oder gleich dem Querschnitt des Gießlaufs (14) ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Maximalkippstellung der Gießlauf (14) geodätisch unterhalb der Anschnitte (16) angeordnet ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Maximalkippstellung der Gießtümpel (12) vollständig geodätisch unterhalb der Anschnitte (16) angeordnet ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung um 90° bis 135° aus der Ausgangsstellung kippbar ausgeführt ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Leichtmetallbauteils durch Kippgießen nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Speiser (18) aufweist, der zwischen den Anschnitten (16) und dem Formhohlraum (10) angeordnet ist und über den der Formhohlraum (10) fluidisch mit den Anschnitten (16) verbunden ist.