DE102011077711A1 - Casting tool and method for producing a casting tool - Google Patents
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Abstract
Ein Gießwerkzeug bzw. eine Kokille für Metallguss zur äußeren Formgebung eines Gusskörpers weist eine Ausformung auf, wobei zumindest ein Teil des Gießwerkzeugs, der an die Ausformung angrenzt oder einen Teil davon bildet, aus einem Tonmineral bzw. Silikatmaterial besteht. Dies können beispielsweise Vermiculite, Perlit oder Blähglas sein.A casting tool or a mold for metal casting for the external shaping of a casting has a shape, with at least a part of the casting tool which adjoins the shape or forms part thereof, consisting of a clay mineral or silicate material. These can be, for example, vermiculite, pearlite or expanded glass.
Description
Anwendungsgebiet und Stand der TechnikField of application and state of the art
Die Erfindung betrifft ein Gießwerkzeug für Metallguss zur äußeren Formgebung eines Gusskörpers mittels einer Ausformung in dem Gießwerkzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gießwerkzeugs. The invention relates to a casting tool for metal casting for the outer shaping of a cast body by means of a molding in the casting tool. Furthermore, the invention relates to a method for producing a casting tool.
Derartige Gießwerkzeuge bzw. Kokillen aus Guss bzw. Metallguss sind seit langem bekannt. In ein mindestens zweiteiliges Gießwerkzeug wird im geschlossenen Zustand flüssiges Metall eingegossen und härtet dann relativ schnell aus bzw. erstarrt, unter anderem auch deswegen, weil die thermische Masse des Gießwerkzeugs größer ist als diejenige des herzustellenden Gusskörpers. Vor allem an der Oberfläche des Gusskörpers wird das flüssige Metall durch das Gießwerkzeug abgekühlt bis zum Erstarren. Such casting molds or molds made of cast or cast metal have long been known. In an at least two-part casting tool liquid metal is poured in the closed state and then hardens or solidifies relatively quickly, among other things, because the thermal mass of the casting tool is greater than that of the casting to be produced. Above all, on the surface of the cast body, the liquid metal is cooled by the casting tool until it solidifies.
Nachteilig dabei ist, dass bei Gießverfahren bzw. einem Gießvorgang für besonders dünnwandige Gusskörper, beispielsweise mit Hohlräumen, Kanälen odgl., das eingefüllte flüssige Metall relativ schnell erstarrt. Als Folge davon kann es sich nicht mehr so gut und gleichmäßig verteilen, so dass bei solchen Gusskörpern entweder störende geometrische Beschränkungen akzeptiert werden müssen oder aber Unregelmäßigkeiten an der Außenseite bzw. im Erscheinungsbild strukturelle Schwachstellen auftreten können. The disadvantage here is that in casting process or a casting process for particularly thin-walled cast body, for example, with cavities, channels or the like., The filled liquid metal solidifies relatively quickly. As a result, it can no longer spread so well and evenly, so that in such castings either disturbing geometric constraints must be accepted or irregularities on the outside or in appearance structural weaknesses can occur.
Aufgabe und LösungTask and solution
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Gießwerkzeug sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und insbesondere ein vorteilhaftes, praxistaugliches und gut zu verwendendes Gießwerkzeug geschaffen werden kann. The invention has for its object to provide an aforementioned casting tool and a method for its production, which can be solved with the problems of the prior art and in particular an advantageous, practical and easy-to-use casting tool can be created.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Gießwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie Verfahren zur Herstellung eines Gießwerkzeugs mit den Merkmalen der Ansprüche 9 oder 11. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im folgenden näher erläutert. Manche der Merkmale werden dabei nur für das Gießwerkzeug oder nur für eines der Verfahren beschrieben. Sie sollen aber unabhängig davon sowohl für das Gießwerkzeug als auch für die Verfahren gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. This object is achieved by a casting tool with the features of claim 1 and a method for producing a casting tool having the features of
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil des Gießwerkzeugs, der an die Ausformung angrenzt oder einen Teil der Ausformung bildet, aus einem anderen Material besteht mit erheblich geringerer Wärmekapazität bei ausreichender thermischer Beständigkeit. Dies ist besonders vorteilhaft ein Tonmineral bzw. Schichtsilikat oder Silikatmaterial wie Vermiculite, Perlit oder Blähglas. Dies bedeutet, dass in einer ersten grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung nicht mehr das gesamte Gießwerkzeug aus Metall besteht, sondern eben ein Teil aus dem anderen Material. Des Weiteren sind diese anderen Materialien sämtlich leichter als Metall, wie es üblicherweise für Gießwerkzeuge verwendet wird, so dass vorteilhaft auch das Gewicht des gesamten Gießwerkzeugs geringer wird, was unter anderem eine leichtere Handhabung ermöglicht. Außerdem ist auch die Wärmekapazität geringer, so dass flüssige Metall nicht so schnell erstarrt. Die genannten Materialien wie Tonmineral bzw. Schichtsilikat und Silikatmaterial weisen eine ausreichende thermische Beständigkeit auf bei den Temperaturen, wie sie beim Metallguss auftreten. Des Weiteren sind sie auch als sehr gute thermische Dämmstoffe bekannt, so dass das mit ihnen in Berührung kommende flüssige Metall beim Gießvorgang nicht so schnell abkühlt. According to the invention it is provided that at least a part of the casting tool, which adjoins the molding or forms part of the molding, consists of a different material with significantly lower heat capacity with sufficient thermal resistance. This is particularly advantageous a clay mineral or sheet silicate or silicate material such as vermiculite, perlite or expanded glass. This means that in a first basic embodiment of the invention no longer the entire casting tool is made of metal, but just a part of the other material. Furthermore, these other materials are all lighter than metal, as is commonly used for casting tools, so that advantageously also the weight of the entire casting tool is lower, which among other things allows easier handling. In addition, the heat capacity is lower, so that liquid metal does not solidify so quickly. The materials mentioned, such as clay mineral or phyllosilicate and silicate material have a sufficient thermal resistance at the temperatures that occur during metal casting. Furthermore, they are also known as very good thermal insulation materials, so that the liquid metal coming into contact with them during the casting process does not cool so quickly.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Teil aus anderem Material als das sonstige Gießwerkzeug als Einsatz ausgebildet ist, der in das ansonsten aus Metall bestehende Gießwerkzeug eingesetzt wird. Dadurch kann dieses Teil, welches naturgemäß weitaus weniger beständig ist für vielfache dauernde Benutzung des Gießwerkzeugs als eines aus Metall, leicht ausgewechselt werden gegen ein Neues. Es ist auch möglich, mehrere solcher Einsätze an einem Gießwerkzeug aus Metall vorzusehen. Sie können zusammenhängend ausgebildet sein oder vorteilhaft getrennt voneinander bzw. mit jeweils einem Metallbereich dazwischen. Dabei sollte die Bedingung eingehalten werden, dass das Metallvolumen des Gießwerkzeugs immer noch größer ist als das Volumen der Einsätze aus dem anderen Material bzw. Tonmineral oder Silikatmaterial. Schließlich hängt die mechanische Stabilität des Gießwerkzeuges, die von großer Bedeutung ist, von dem Metallanteil ab, und kann so sichergestellt werden.. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the part is formed of a different material than the other casting tool as an insert, which is inserted into the casting tool otherwise made of metal. As a result, this part, which is naturally far less resistant to multiple continuous use of the casting tool than one made of metal, can be easily replaced with a new one. It is also possible to provide several such inserts on a casting tool made of metal. They may be integrally formed or advantageously separated from each other or each with a metal region in between. The condition should be met that the metal volume of the casting tool is still greater than the volume of the inserts of the other material or clay mineral or silicate material. Finally, the mechanical stability of the casting tool, which is of great importance, depends on the metal content and can thus be ensured.
Vorteilhaft wird ein genannter Einsatz aus Tonmineral bzw. Silikatmaterial an einer Stelle der Ausformung des Gießwerkzeugs vorgesehen, die einen Teil der Außenfläche bzw. Oberfläche des fertigen Gusskörpers bestimmt. Gerade hier ist dann eben der genannte Vorteil erreichbar, dass gerade an der nachher optisch sichtbaren sowie möglicherweise funktional bedeutsamen Oberfläche des Gusskörpers der Verlauf und somit die Verteilung des flüssigen Metalls möglichst gut ist. Hat ein Gusskörper mehrere solcher kritischen Bereiche, so kann entweder ein etwas größerer Teil des Gießwerkzeugs, der einige dieser Stellen betrifft, aus dem anderen Material bestehen. Advantageously, a said insert made of clay mineral or silicate material is provided at a position of the molding of the casting tool, which determines a part of the outer surface or surface of the finished casting. It is precisely here that the aforementioned advantage can be achieved that the course and thus the distribution of the liquid metal is as good as possible, especially at the subsequently optically visible and potentially functionally significant surface of the cast body. If a cast body has several such critical areas, then either a somewhat larger part of the casting tool, the some of these bodies are made of the other material.
Vorteilhaft werden solche Bereiche des Gusskörpers, die nachher außen liegen bzw. zu sehen sind, nur dann durch ein vorgenanntes Teil aus einem anderen Material, beispielsweise Tonmineral oder Silikatmaterial, im Gießwerkzeug gebildet, wenn es nicht auf deren optische Oberflächengüte im Detail ankommt bezüglich Oberflächenrauheit. Diese ist nämlich üblicherweise bei Metall als Material für das Gießwerkzeug optimal, weil sehr glatt, falls gewünscht. Bei den alternativen Materialien jedoch, insbesondere bei einem Silikatmaterial in Form von verpresstem Vermiculite, Perlit oder Blähglas, kann jedoch meistens keine so glatte Oberfläche geschaffen werden, was im Fall von Gusskörpern, die ohnehin in größerem Umfang an der Oberfläche behandelt werden müssen, nicht störend ist. Advantageously, those areas of the cast body which are laterally outward or visible are only formed by an aforementioned part made of a different material, for example clay mineral or silicate material, in the casting mold, if it does not depend on their optical surface quality in detail with respect to surface roughness. This is usually optimal for metal as a material for the casting tool, because very smooth, if desired. In the alternative materials, however, especially in a silicate material in the form of compressed vermiculite, perlite or expanded glass, however, usually no such smooth surface can be created, which in the case of castings, which must be treated on the surface in any case, not disturbing is.
Vorteilhaft wird ein solcher Teil des Gießwerkzeugs durch ein anderes Material als Metall gebildet bzw. ein Einsatz aus Tonmineral oder Silikatmaterial verwendet, an dem der fertige Gusskörper relativ dünne Wandstärken aufweisen soll bzw. komplizierte, sehr stark variierende Oberflächen aufweist. Dies kann beispielsweise auch bei einem hohlen Gusskörper mit einem Gusskern der Fall sein. Der Gusskern kann dann unter Umständen ebenfalls aus einem anderen Material als Metall gebildet sein, beispielsweise mit geringerer Wärmekapazität wie Formsand odgl.. Advantageously, such a part of the casting tool is formed by a material other than metal or an insert made of clay mineral or silicate material is used, on which the finished cast body should have relatively thin wall thicknesses or has complicated, very strongly varying surfaces. This can also be the case, for example, with a hollow cast body with a cast core. Under certain circumstances, the casting core can also be formed from a material other than metal, for example with a lower heat capacity, such as molding sand or the like.
Ein Vorteil bei der Verwendung eines Materials wie Tonmineral oder Schichtsilikat bzw. Silikatmaterial liegt auch im Vergleich zu bekanntem Formsand darin, dass selbst dessen Wärmekapazität noch erheblich höher ist als diejenige der hier genannten erfinderischen Materialien. Des Weiteren wird Formsand aufgrund des verwendeten Binders üblicherweise durch die Temperatur beim Gießen unbeständig bzw. die von ihm gebildete Form spätestens mit Herauslösen des fertigen Gusskörpers zerstört, so dass der Einsatz in dem Gießwerkzeug immer wieder neu herzustellen wäre. Dies ist ganz offensichtlich aufwändiger als ein vorbeschriebenes Einsatzteil in ein Gießwerkzeug einzusetzen und dann zumindest einige Male, beispielsweise 10 mal bis 20 mal oder sogar noch häufiger, zu verwenden, ohne es auswechseln zu müssen. Schließlich kann Formsand beim Erhitzen ausgasen, was teilweise störend ist. An advantage of using a material such as clay mineral or phyllosilicate or silicate material is also compared to known molding sand in that even the heat capacity is still significantly higher than that of the inventive materials mentioned here. Furthermore, as a result of the binder used, molding sand is usually made unstable by the temperature during casting or the mold formed by it is destroyed at the latest when the finished cast body is removed, so that the insert in the casting tool would always have to be re-produced. This is obviously more expensive than inserting a prescribed insert into a casting tool and then at least a few times, for example, 10 times to 20 times or even more often to use without having to replace it. Finally, molding sand can outgas on heating, which is sometimes disturbing.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Silikatmaterial geblähtes Vermiculite auf, vorzugsweise ausschließlich geblähtes Vermiculite. Dessen Eigenschaft bezüglich Stabilität nach Verpressen, thermische Wärmekapazität und vor allem thermische Beständigkeit sind besonders gut. Ein solches Einsatzteil weist auch eine härtere sowie beständigere Oberfläche auf. In an advantageous embodiment of the invention, the silicate material on geblähtes vermiculite, preferably exclusively bloated vermiculite. Its properties with regard to stability after compression, thermal heat capacity and above all thermal resistance are particularly good. Such an insert also has a harder and more durable surface.
Das für das Einsatzteil verwendete Tonmineral oder Silikatmaterial wird mit einem Bindemittel gebunden bzw. verfestigt. Dieses Bindemittel sollte nach Möglichkeit hitzebeständig sein derart, dass auch die Bereiche, die mit dem flüssigen Metall mit Temperaturen von 500°C bis 1000°C in Berührung kommen, ihre Form behalten und sich nicht auflösen oder zu stark abnutzen. The clay mineral or silicate material used for the insert is bound or solidified with a binder. If possible, this binder should be heat-resistant such that even the areas which come in contact with the liquid metal at temperatures of 500 ° C to 1000 ° C, retain their shape and do not dissolve or over-wear.
In einer alternativen zweiten grundsätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass das gesamte Gießwerkzeug aus Tonmineral bzw. Silikatmaterial besteht und nicht nur ein oder mehrere Teile davon. Dann ist ein Gießwerkzeug möglicherweise nicht mehr so lange haltbar, kann aber leicht und viel kostengünstiger hergestellt werden als aus Metall. Dies bietet sich vor allem dort an, wo Prototypen oder Kleinserienteile gefertigt werden. In an alternative second basic embodiment of the invention, it is possible that the entire casting tool consists of clay mineral or silicate material and not just one or more parts thereof. Then a casting tool may no longer be durable, but can be made easily and much cheaper than metal. This is especially useful where prototypes or small series parts are manufactured.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann nicht nur ein neu hergestelltes Gießwerkzeug wie vorbeschrieben zum Teil aus einem anderen Material als Metall bestehen, beispielsweise mittels der genannten Einsätze. Vor allem ist es nämlich auch möglich, sozusagen ein gebrauchtes Gießwerkzeug zu nehmen, welches vollständig aus Metall besteht, und bestimmte Bereiche zu entfernen bzw. auszufräsen. Diese Bereiche sind vorteilhaft die vorgenannten, welche für den Gusskörper hinsichtlich Oberfläche und/oder Wandstärke kritisch sein können. In die ausgefrästen Bereiche kann dann ein vorgenannter Einsatz aus dem anderen Material als Metall eingesetzt werden. Damit ist das Gießwerkzeug dann fertig verwendbar. In a further embodiment of the invention, not only a newly manufactured casting tool as described above partly consist of a material other than metal, for example by means of said inserts. Above all, it is also possible, so to speak, to take a used casting tool, which consists entirely of metal, and to remove or mill out certain areas. These areas are advantageously the aforementioned, which may be critical for the cast body in terms of surface and / or wall thickness. In the milled areas then an aforementioned use of the other material can be used as metal. Thus, the casting tool is then ready to use.
Alternativ können so auch Gießwerkzeuge quasi repariert bzw. wieder verwendbar gemacht werden, indem abgenutzte kritische Stellen eben entfernt werden und durch vorgenannte Einsätze ersetzt werden. Auf diese Art und Weise kann ein Gießwerkzeug hergestellt werden aus einem bereits vorhandenen Gießwerkzeug, welches möglicherweise für den normalen bekannten Gebrauch nicht mehr verwendbar wäre oder aber nicht mehr gut genug ist. Alternatively, so casting tools can be quasi repaired or made reusable by just worn out critical points are removed and replaced by the aforementioned inserts. In this way, a casting tool can be made from an existing casting tool, which may not be usable for normal known use or is no longer good enough.
Selbst wenn diese genannten Einsätze aus einem anderen Material als dem Metall des Gießwerkzeugs bei weitem nicht so lange halten wie wenn es aus Metall besteht, so können diese Einsätze doch sehr leicht in einer Formpresse aus entsprechendem Material hergestellt werden und auch relativ leicht in einem Gießwerkzeug eingesetzt und darin befestigt werden. Even if these mentioned inserts of a material other than the metal of the casting tool by far do not hold as long as if it consists of metal, these inserts can very easily be made in a molding of appropriate material and also relatively easily used in a casting tool and be fixed in it.
Alternativ kann ein Gießwerkzeug gleich von Anfang an für die Verwendung mit mindestens einem solchen Einsatz aus einem anderen Material als demjenigen des Gießwerkzeugs hergestellt werden, indem von Beginn an die Bereiche, in die später ein vorgenanntes Einsatzteil eingesetzt werden soll, freigelassen werden. Alternatively, a casting tool may be manufactured right from the start for use with at least one such insert of a material other than that of the casting tool, by starting from the areas in which later the aforementioned insert is to be released.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch möglich, dass bei einem Gusskörper mit einem beispielsweise rohrförmigen Abschnitt, der relativ dünne Wandabschnitte aufweisen soll, nicht rundherum ein vorgenanntes Einsatzteil aus Tonmineral oder Silikatmaterial verwendet wird, welches möglicherweise eine insgesamt zu geringe mechanische bzw. Formstabilität bedeuten würde für das Gießwerkzeug. Hier kann dann durch entsprechende Einsatzteile unter Umständen vorgesehen werden, dass eine umfangsmäßige Aufteilung in einen Bereich aus dem Metall des Gießwerkzeugs einerseits und dem anderen Material andererseits durch entsprechende Einsatzteile vorliegt, so dass letztlich eine Art gemischtes Resultat erreichbar wird, also eine zumindest leicht verbesserte Fließfähigkeit des zu gießenden Metalls in diesen kritischen Bereichen, so dass das Resultat immer noch besser ist als bei einem Gießwerkzeug ausschließlich aus Metall. Dies ist aber nur eine Möglichkeit von mehreren, wenngleich eine vorteilhafte, und ihre Verwendung hängt von der konkreten Form des Gusskörpers sowie den Anforderungen an seine Qualität ab. In a further embodiment of the invention, it is also possible that in a cast body with a tubular portion, for example, should have relatively thin wall sections, not all around an aforementioned insert of clay mineral or silicate material is used, which may mean a total too low mechanical or dimensional stability would for the casting tool. It may then be provided by appropriate inserts under circumstances that a circumferential division into an area of the metal of the casting tool on the one hand and the other material on the other hand by appropriate inserts is present, so that ultimately a kind of mixed result is achievable, so at least slightly improved flowability of the metal to be cast in these critical areas, so that the result is still better than with a casting tool exclusively made of metal. However, this is only one possibility of several, albeit a beneficial one, and their use depends on the concrete shape of the casting as well as the quality requirements.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelnen Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.These and other features will become apparent from the claims and from the description and drawings, wherein the individual features each alone or more in the form of sub-combinations in an embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous and protectable Represent embodiments for which protection is claimed here. The subdivision of the application in individual sections as well as intermediate headings do not limit the statements made thereunder in their generality.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:Embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and are explained in more detail below. In the drawings show:
Detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels Detailed description of the embodiment
In
Wie zuvor erläutert worden ist, soll im zweiten Bereich
Wie vor allem aus der Zusammenschau mit
Nicht dargestellt in den Schnittdarstellungen gemäß der
Die Einsätze
Wie eingangs erläutert worden ist, können die Einsätze
Alternativ dazu kann ein in einem besonders beanspruchten Bereich schon verschlissenes oder nicht mehr gebrauchstaugliches Gießwerkzeug mit solchen Ausnehmungen
Aus
Claims (11)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |