DE102011052514A1 - Method of tempering a diecast part - Google Patents
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Abstract
Es sind Verfahren zur Vergütung von Druckgussteilen bekannt, bei denen zunächst das Druckgussteil (16) in einer Gießform (2) mit zumindest einer festen und einer beweglichen Formhälfte (4, 6) gegossen wird, anschließend die Gießform (2) durch Ausfahren der beweglichen Formhälfte (6) geöffnet wird, das Druckgussteil (16) in der beweglichen Formhälfte (6) abgeschreckt wird, daraufhin das Druckgussteil (16) aus der beweglichen Formhälfte (6) ausgeworfen wird und das Druckgussteil (16) abschließen warmauslagert wird.
Zur Erhöhung der Festigkeit wird vorgeschlagen, dass unmittelbar nachdem oder während die Gießform (2) geöffnet wird, Sprühwerkzeuge (14) einer Sprühvorrichtung (8) zwischen die Formhälften (4, 6) eingefahren werden, mit welchen ein Kühlmittel zum Abschrecken auf das Druckgussteil (16) aufgebracht wird.Methods are known for the compensation of die-cast parts, in which first the die-cast part (16) is cast in a casting mold (2) with at least one fixed and one movable mold half (4, 6), then the casting mold (2) by extending the movable mold half (6) is opened, the diecasting part (16) is quenched in the movable die half (6), then the diecasting part (16) is ejected from the movable die half (6) and the diecasting part (16) is heat-expelled.
To increase the strength, it is proposed that immediately after or while the casting mold (2) is opened, spraying tools (14) of a spraying device (8) are inserted between the mold halves (4, 6), with which a cooling agent is quenched on the diecast part ( 16) is applied.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergütung eines Druckgussteils, bei dem zunächst das Druckgussteil in einer Gießform mit zumindest einer festen und einer beweglichen Formhälfte gegossen wird, daraufhin die der Gießform durch Ausfahren der beweglichen Formhälfte geöffnet wird, anschließend das Druckgussteil in der beweglichen Formhälfte abgeschreckt wird, im Folgenden das Druckgussteil aus der beweglichen Formhälfte ausgeworfen wird und abschließend das Druckgussteil warm- oder kaltausgelagert wird.The invention relates to a method for tempering a die-cast part, in which first the diecast part is cast in a casting mold with at least one fixed and one movable die half, then the mold is opened by extending the movable die half, then the diecast part is quenched in the movable die half , Subsequently, the diecasting part is ejected from the movable mold half and finally the diecasting part is stored hot or cold.
Zum Vergüten beziehungsweise Aushärten von Aluminium-Gusslegierungen sind verschiedene Verfahren bekannt, welche je nach gewünschter Härte, Zugfestigkeit und Dehnung angewendet werden. Bei der Herstellung von Zylinderkurbelgehäusen für die Automobilindustrie wurde in den letzten Jahren zur Vergütung der Aluminiumlegierungen bevorzugt eine T5-Wärmebehandlung angewendet. Bei diesem Verfahren wird das Gussteil aus der Gießhitze kontrolliert akgekühlt und anschließend warm ausgelagert. Bei diesem Verfahren werden jedoch häufig insbesondere im dickwandigen Lagerstuhlbereich nicht die geforderten Werte prozesssicher erreicht. Insbesondere entsteht durch die Zeitverzögerung zwischen dem Öffnen der Form und der Kühlung ein Temperaturverlust, der zur Ausscheidung von Gleichgewichtsphasen, also zur Reduzierung der Übersättigung des Aluminium-Mischkristalls führt, eine Verringerung des Festigkeitsniveaus des Gussteils. Alternativ ist es bekannt, eine Vergütung durch das T6-Verfahren herbeizuführen. Dabei wird vor dem Warmauslagern zunächst ein Lösungsglühprozess durchgeführt, und das Gussteil abgeschreckt. Diese Homogenisierungsglühung findet bei Temperaturen von etwa 450 bis 540°C statt, so dass ein hoher Energieaufwand erforderlich ist, um bessere Festigkeiten zu erreichen.For tempering or curing of aluminum casting alloys, various processes are known, which are used depending on the desired hardness, tensile strength and elongation. In the production of engine blocks for the automotive industry, T5 heat treatment has been preferably used in recent years for the tempering of aluminum alloys. In this process, the cast part is cooled from the casting heat and then hot-aged. In this method, however, the required values are often reliably achieved, especially in the thick-walled bearing block area. In particular, due to the time delay between the opening of the mold and the cooling, a temperature loss which leads to the precipitation of equilibrium phases, ie to the reduction of the supersaturation of the aluminum mixed crystal, results in a reduction of the strength level of the cast part. Alternatively, it is known to effect compensation by the T6 method. In this case, a solution annealing process is carried out before the aging process, and the casting is quenched. This homogenization annealing takes place at temperatures of about 450 to 540 ° C, so that a high energy consumption is required to achieve better strengths.
Daher wird in der
Nachteilig ist jedoch, dass das eingedüste Kühlmittel sich über die Fläche des Gussteils verteilen muss, so dass Temperaturgefälle über das Gussteil auftreten. Entsprechend entsteht eine besonders gute Kühlung im Randbereich des Spaltes, an der Eindüsposition. Des Weiteren kann eine schlechte Kühlwirkung durch den Leidenfrost'schen Effekt entstehen.The disadvantage, however, is that the injected coolant must be distributed over the surface of the casting, so that temperature gradient occur over the casting. Accordingly, a particularly good cooling in the edge region of the gap, at the Eindüsposition. Furthermore, a bad cooling effect may be caused by the Leidenfrost effect.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Vergütung eines Druckgussteils bereit zu stellen, mit welchem in gewünschten Bereichen eine Erhöhung der Härte, der Streckgrenze und der Zugfestigkeit der Legierung bei möglichst gleich bleibenden Dehnungswerten erreichbar ist, ohne den Energieverbrauch zu erhöhen.It is therefore an object to provide a method for the compensation of a diecasting, with which in desired areas an increase in the hardness, the yield strength and the tensile strength of the alloy can be achieved at the same possible elongation values without increasing the energy consumption.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.
Dadurch, dass unmittelbar nachdem oder während die Gießform geöffnet wird, Sprühwerkzeuge einer Sprühvorrichtung zwischen die Formhälften eingefahren werden, mit welchen ein Kühlmittel zum Abschrecken auf das Druckgussteil aufgebracht wird, kann eine dosierte Kühlung des Druckgussteils durchgeführt werden, welche sowohl bezüglich der Position als auch der eingebrachten Kühlmittelmengen optimiert werden kann. So können optimale Gefügequalitäten erreicht werden.Characterized in that immediately after or while the mold is opened, spraying tools of a spraying device are retracted between the mold halves, with which a coolant is applied for quenching the diecast part, a metered cooling of the diecasting can be carried out, which both in terms of position introduced coolant amounts can be optimized. So optimal microstructural qualities can be achieved.
In einem bevorzugten Verfahren werden die Sprühwerkzeuge der Sprühvorrichtung auf dickwandige Bereiche des Druckgussteils ausgerichtet. Durch den Abschreckeffekt werden in den dickwandigen Bereichen Gefüge mit hohen Festigkeiten und guten Dehnungswerten erzielt, da die Übersättigung des Aluminiummischkristalls nicht abgebaut wird, und die gelösten Elemente noch für den Aushärtungsprozess zur Verfügung stehen.In a preferred method, the spraying tools of the spraying device are aligned with thick-walled areas of the die-cast part. As a result of the quenching effect, structures with high strengths and good elongation values are achieved in the thick-walled regions, since the supersaturation of the aluminum mixed crystal is not degraded, and the dissolved elements are still available for the curing process.
In einer bevorzugten Ausführung beträgt der Sprühdruck mindestens 8 bar, vorzugsweise 25 bar. Bei diesen Sprühdrücken wird das Kühlmittel derart beschleunigt, dass der Leidenfrost'sche Effekt auch bei noch heißen Druckgussteilen zuverlässig durchschlagen wird. Tritt das zerstäubte Kühlmittel durch die Düse aus und trifft mit einer entsprechend hohen Auftrittsgeschwindigkeit auf die noch heiße Wand des Gussteils, so entsteht zwar ein Dampfpolster durch die Verdampfung, jedoch ist dieses nicht in der Lage den weiteren Sprühstrahl gemäß des Leidenfrost'schen Effektes von der Oberfläche fernzuhalten, da der Sprühstrahl aufgrund seiner hohen kinetischen Energie das Dampfpolster durchschlägt. Somit gelangt jedoch das Kühlmittel direkt auf die Oberfläche der Wand. Hieraus resultiert sowohl eine sehr gute Kühlwirkung, als auch eine optimale Benetzung der Formwand der Gussform mit dem Trennmittel. Die besonders kurze Abschreckzeit mit besonders hohem Temperaturgradienten zwischen Kühlmittel und Gussteil führt zu einem hohen Festigkeitspotential für nachfolgende Aushärtungsvorgänge.In a preferred embodiment, the spray pressure is at least 8 bar, preferably 25 bar. At these spraying pressures, the coolant is accelerated in such a way that the Leidenfrost effect is reliably penetrated even when the diecast parts are still hot. If the atomized coolant exits through the nozzle and hits the still hot wall of the casting with a correspondingly high speed of incidence, then a vapor cushion is formed by the evaporation, but this is not capable of spraying the further spray jet in accordance with the Leidenfrost effect Keep away surface, since the spray jet breaks through the steam cushion due to its high kinetic energy. Thus, however, the coolant passes directly to the surface of the wall. This results in both a very good cooling effect, as well as an optimal wetting of the mold wall of the mold with the release agent. The particularly short quenching time with a particularly high temperature gradient between the coolant and the casting leads to a high strength potential for subsequent curing processes.
Zur Reduzierung der Taktzeiten kann gleichzeitig mit dem Besprühen des Druckgussteils in der beweglichen Formhälfte die feste Formhälfte besprüht werden, so dass diese in einem Verfahrensschritt mit gekühlt wird.To reduce the cycle times, the solid mold half can be sprayed simultaneously with the spraying of the diecast part in the movable mold half, so that it is also cooled in one process step.
Vorzugsweise ist das Sprühmedium ein Kühlmittel-Luft-Gemisch, wobei das Verhältnis zwischen Luft und Kühlmittel geregelt wird. So kann eine optimale Zerstäubung erreicht werden, die den Kühleffekt verstärkt. Preferably, the spray medium is a coolant-air mixture, wherein the ratio between air and coolant is controlled. Thus, an optimal atomization can be achieved, which enhances the cooling effect.
In einer weiterführenden Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor dem Auswerfen des Druckgussteils die Sprühwerkzeuge der Sprühvorrichtung aus dem Zwischenraum zwischen den Formhälften ausgefahren und nach dem Auswerfen des Druckgussteils zur Kühlung der Gießform wieder eingefahren. Durch dieses erneute Besprühen der festen Formhälfte und dem erneuten Besprühen der beweglichen Formhälfte werden diese besonders schnell für den nächsten Zyklus zur Verfügung gestellt.In a further embodiment of the method according to the invention, the spraying tools of the spraying device are extended out of the intermediate space between the mold halves before the ejection of the die-cast part and retracted again after the ejection of the die-cast part for cooling the casting mold. By re-spraying the solid mold half and re-spraying the movable mold half, they are provided very quickly for the next cycle.
Ein besonders hohes Festigkeitsniveau lässt sich erreichen, wenn das Warmauslagern bei einer Temperatur von 140–250°C durchgeführt wird, da übersättigt im Aluminiumkristall gelöste Gase, im Gegensatz zur T6 Wärmebehandlung, bei diesen Temperaturen nicht ausgeschieden werden, und somit keine Erhöhung des Porositätsgrades erfolgt.A particularly high level of strength can be achieved if the thermal aging is carried out at a temperature of 140-250 ° C, since oversaturated in the aluminum crystal dissolved gases, in contrast to the T6 heat treatment, are not eliminated at these temperatures, and thus does not increase the degree of porosity ,
In einer bevorzugten Verwendung ist das Druckgussteil ein Zylinderkurbelgehäuse und die Sprühwerkzeuge werden auf den Lagerstuhlbereich ausgerichtet. So kann im hochbelasteten Lagerstuhlbereich eine hohe Festigkeit erzielt werden, ohne die Zylinderbereiche stark zu beeinflussen, und Spannungsniveau signifikant zu erhöhen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vergütung eines Druckgussteils kann entsprechend ein Zylinderkurbelgehäuse hergestellt werden, welches in den unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche optimale Gefügeeigenschaften aufweist, ohne dass zusätzliche Kosten entstehen. Die spannungskritischen Zonen der Zylinderrohre und -buchsen sind durch die Formhälfte abgedeckt, so dass die Lagerstühle selektiv angesprüht werden ohne die Zylinderbereiche in höherem Maße zu beeinflussen, in denen eine höhere Härte häufig nicht gewünscht ist.In a preferred use, the die casting is a cylinder crankcase and the spray tools are aligned with the bearing block area. Thus, high strength can be achieved in the highly loaded bearing block area, without greatly affecting the cylinder areas, and significantly increase the voltage level. With the method according to the invention for the compensation of a die-cast part, a cylinder crankcase can be produced correspondingly, which has different optimal structural properties in the different areas without incurring additional costs. The stress critical zones of the cylinder tubes and bushings are covered by the mold half, so that the bearing blocks are selectively sprayed without affecting the cylinder areas to a greater extent, in which a higher hardness is often not desired.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft anhand der Figuren erklärt.The method according to the invention is explained below by way of example with reference to the figures.
In der
Das druckfest ausgeführte Sprühgerät
Das Druckgussteil
Nach dem Gießen des Druckgussteils
Dies ist auf den Abschreckeffekt zurückzuführen, durch den die Ausscheidung von Gleichgewichtsphasen verhindert wird und ein hoher Übersättigungsgrad des Aluminiummischkristalls erhalten bleibt und somit ein hohes Festigkeitsniveau, vergleichbar mit einer Homogenisierungsbehandlung, erzielt werden kann. Dieser Effekt ist bei hohen Temperaturgradienten, also hohen Ausgangstemperaturen und niedrigen Kühlmitteltemperaturen am Druckgussteil besonders hoch, so dass die Öffnung der Gießform
Im Folgenden wird das Druckgussteil
Das Druckgussteil wird im Folgenden bei einer Temperatur von etwa 150°C warmausgelagert. Auf diese Weise lassen sich Zugfestigkeiten von 300 MPa erreichen, ohne eine folgende Homogenisierungsglühung durchführen zu müssen. Im Aluminiumkristall gelöste Elemente werden nicht ausgeschieden und stehen entsprechend beim Aushärtungsvorgang zur Verfügung.The die-cast part is subsequently warm-laid at a temperature of about 150 ° C. In this way, tensile strengths of 300 MPa can be achieved without having to perform a subsequent homogenization annealing. Elements dissolved in the aluminum crystal are not precipitated and are accordingly available during the curing process.
Aus alledem folgt, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Zylinderkurbelgehäuse hergestellt werden können, die im hochbelasteten Lagerstuhlbereich ein deutlich erhöhtes Festigkeitsniveau aufweisen, ohne die Strukturen in den spannungskritischen Bereichen der Zylinderrohre zu ändern. Entsprechend können Kosten im Vergleich zur sonst notwendigen T6-Wärmebehandlung deutlich reduziert werden. Dabei werden bei hohen Temperaturgradienten zwischen Druckgussteil und Kühlmittel besonders gute Ergebnisse bezüglich des Gefüges erzielt.It follows from all that, by means of the method according to the invention, cylinder crankcases can be produced which have a markedly increased strength level in the highly loaded bearing block area without changing the structures in the stress-critical areas of the cylinder tubes. Accordingly, costs can be significantly reduced compared to the otherwise required T6 heat treatment. In this case, particularly good results in terms of the structure are achieved at high temperature gradients between die casting and coolant.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der Anmeldung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere können sich die Druckgussformen und Sprühgeräte von den dargestellten unterscheiden. Auch lässt sich dieses Verfahren auf andere herzustellende Werkstücke als Zylinderkurbelgehäuse übertragen.It should be clear that the scope of protection of the application is not limited to the embodiment described. In particular, the die casting molds and sprayers may differ from those shown. Also, this method can be transferred to other workpieces to be produced as a cylinder crankcase.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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