DE102012006572A1 - Preparing complex formed cast parts using a pressure casting machine, in which lost cast parts are used during casting process, comprises forming lost cast parts from a ceramic body, where the cast parts are prepared using a lost model - Google Patents

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Abstract

The method of preparing complex formed cast parts using a pressure casting machine, in which lost cast parts (3) are used during casting process and define a region of the complex formed cast parts, comprises forming the lost cast parts from a ceramic body, where the cast parts are prepared using a lost model. The casting process is performed with the pressure casting machine having a pressure of less than 10 MPa and a casting piston speed of less than 1 m/s. The lost cast parts for the casting process are inserted into a casting chamber of the pressure casting machine. The method of preparing complex formed cast parts using a pressure casting machine, in which lost cast parts (3) are used during casting process and define a region of the complex formed cast parts, comprises forming the lost cast parts from a ceramic body, where the cast parts are prepared using a lost model. The casting process is performed with the pressure casting machine having a pressure of less than 10 MPa and a casting piston speed of less than 1 m/s. The lost cast parts for the casting process are inserted into a casting chamber of the pressure casting machine or a cavity of permanent cast parts (5) used in the pressure casting machine, where cast parts are dimensions in such a way that it completely fill the casting chamber or the cavity of the permanent cast part. A surface of the ceramic body is impregnated, sealed or coated to prevent a penetration or an infiltration of the liquid casting material (6) during the casting process. The ceramic body is prepared from a material composition changing to the surface of the body, where the material composition is selected in a portion of the surface of the ceramic body. The lost model is prepared with a rapid prototyping method, and is made of a wax or a plastic. The casting chamber of the pressure casting machine is provided with a temperature-fixed coating, and is formed from a ceramic material or equipped with a changeable wear insert to enable processing of higher melting metals in the casting process.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung komplex geformter Gussteile mit einer Druckgießmaschine, bei dem der Gussprozess mit einer verlorenen Form durchgeführt wird, die wenigstens einen Bereich der komplex geformten Gussteile festlegt.The present invention relates to a method for producing complex molded castings with a die casting machine, wherein the casting process is performed with a lost shape defining at least a portion of the complex shaped castings.

Das Druckgießverfahren ist eines der wirtschaftlichsten Fertigungsverfahren für Gussteile und hat daher in den letzten Jahren eine sehr dynamische Entwicklung erfahren. Aufgrund der hohen Einpressgeschwindigkeit des flüssigen Gussmaterials in die metallische Dauerform ist das Druckgießverfahren insbesondere zur Herstellung von dünnwandigen Gussstücken mit einer hohen Oberflächengüte geeignet. Zur Darstellung von Hinterschneidungen oder zur Abbildung von Hohlräumen oder Durchbrüchen, die nicht in der Entformungsrichtung liegen, sind allerdings teure und aufwändige mechanisch oder hydraulisch bewegte Kerne (Schieber) erforderlich.The die casting process is one of the most economical production processes for castings and has therefore undergone a very dynamic development in recent years. Due to the high injection speed of the liquid casting material into the permanent metal mold, the pressure casting method is particularly suitable for the production of thin-walled castings with a high surface quality. For the representation of undercuts or for the imaging of cavities or breakthroughs that are not in the Entformungsrichtung, but expensive and complex mechanically or hydraulically moving cores (slide) are required.

Stand der TechnikState of the art

Eine Möglichkeit der Herstellung von komplexen Gussteilen ohne die Verwendung aufwendiger Schiebertechnik besteht im Einsatz verlorener Kerne im Druckguss. Hierbei muss ein geeignetes Kernmaterial, beispielsweise auf Basis von Salz (NaCl), eingesetzt werden, das den Prozessbedingungen im Druckguss, insbesondere Druck, Temperatur und Einpressgeschwindigkeit, standhält und nicht durch das flüssige Gussmaterial infiltriert wird. Die Formgebung der Salzkerne kann durch Pressen von Pulvern, Gießen von Salzschmelzen oder durch Kernschießen erfolgen. Das Kernmaterial soll nach dem Gießprozess wieder vollständig entfernbar sein. Bei einer Verwendung von Salz als Kernmaterial kann dies bspw. durch das Auswaschen mit Wasser erfolgen. Während ursprünglich vor allem wasserlösliche Reinstoffsysteme wie KCl oder NaCl als Kernmaterial verwendet wurden, befassen sich neuere Entwicklungen mit der Verbesserung der Festigkeit bei gleichzeitiger einfacher Herstellbarkeit der verlorenen Kerne durch Nutzung von Werkstoff-Mischungen. So wird bspw. in der DE 10 2010 043 451 A1 die Herstellung eines Kerns aus einer Kernwerkstoff-Mischung vorgeschlagen, die aus Salz, Bindemitteln und Hilfsstoffen wie bspw. Additiven, Füllstoffen, Benetzungsmitteln und Katalysatoren bestehen.One possibility for the production of complex cast parts without the use of complicated slide technology is the use of lost cores in die casting. Here, a suitable core material, for example based on salt (NaCl), must be used, which withstands the process conditions in die casting, in particular pressure, temperature and press-in speed, and is not infiltrated by the liquid casting material. The shaping of the salt cores can be carried out by pressing of powders, casting of salt melts or by core shooting. The core material should be completely removable after the casting process. When salt is used as the core material, this can be done, for example, by washing with water. While initially mainly water-soluble pure substance systems such as KCl or NaCl were used as core material, recent developments are concerned with the improvement of the strength while at the same time making the lost cores easy to produce by using material mixtures. For example, in the DE 10 2010 043 451 A1 proposed the preparation of a core of a core material mixture, which consist of salt, binders and excipients such as additives, fillers, wetting agents and catalysts.

In der DE 10 2007 015 050 A1 wird ein Druckgießverfahren mit Kernen aus Sand, Salz o. ä. vorgeschlagen, bei dem eine Penetration des Kernmaterials mit der Metallschmelze durch den Einsatz eines geeigneten Schussaggregats vermieden wird, das den Nachdruck stets unterhalb des Penetrationsdrucks des entsprechenden Kernmaterials hält.In the DE 10 2007 015 050 A1 there is proposed a pressure casting method with cores of sand, salt or the like in which a penetration of the core material with the molten metal is avoided by the use of a suitable firing unit which always keeps the holding pressure below the penetration pressure of the corresponding core material.

Die DE 10 2009 024 182 B3 beschreibt die Herstellung von Kernen oder Formen für den Formguss aus einer Einbettmasse, die einen Anteil an Hohlkörpern wie bspw. Glashohlkugeln aufweist. Die Formgebung kann dabei durch Gießen oder Kernschießen erfolgen. Nach dem Vergießen und Verfestigen des Gussmaterials bei der Herstellung des Gussteils wird ein Teil der Hohlkörper durch Aufbringen eines erhöhten Drucks zerstört, wodurch der Kern oder die gesamte Form zerstört bzw. entformt werden kann.The DE 10 2009 024 182 B3 describes the production of cores or molds for molding from an embedding mass, which has a proportion of hollow bodies such as glass hollow spheres. The shaping can be done by casting or core shooting. After casting and solidification of the casting material in the production of the casting part of the hollow body is destroyed by applying an increased pressure, whereby the core or the entire shape can be destroyed or demoulded.

Die bisher im Druckguss eingesetzten verlorenen Kerne aus Salz, Sand oder Einbettmasse mit Hohlkörpern werden durch Pressen, Gießen oder Kernschießen hergestellt, wodurch die Komplexität der damit erzeugbaren Strukturen jedoch begrenzt ist. Mit den bisher bekannten Techniken können daher komplexer geformte Gussteile im Druckguss nur mit aufwendiger Schiebertechnik, zusätzlichen verlorenen Kernen oder aufgrund der geometrischen Komplexität oft gar nicht realisiert werden.The lost cores made of salt, sand or investment material with hollow bodies previously used in die casting are produced by pressing, casting or core shooting, whereby the complexity of the structures that can be produced with it, however, is limited. With the techniques known hitherto, therefore, complex-formed cast parts in die casting can often not be realized at all only with complicated slide technology, additional lost cores or due to the geometric complexity.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Gussteilen mit einer Druckgießmaschine anzugeben, das die Herstellung geometrisch komplex geformter Gussteile in einfacher Weise ermöglicht.The object of the present invention is to provide a method for the production of castings with a die casting machine, which enables the production of geometrically complex shaped castings in a simple manner.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.The object is achieved by the method according to claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiment.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung komplex geformter Gussteile mit einer Druckgießmaschine wird beim Gussprozess eine verlorene Form eingesetzt, die wenigstens einen Bereich der komplex geformten Gussteile festlegt. In Abhängigkeit von der gewünschten Form des Gussteils kann es sich bei der verlorenen Form um eine äußere Form, einen Kern, eine Kombination beider oder auch nur eine Teilform für das Gussteil handeln. Im Falle einer Teilform werden dann die weniger komplex geformten Bereiche des Gussteils mit Hilfe einer weiteren Teilform gebildet, die aus einem anderen Material bestehen kann. Das vorliegende verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die verlorene Form aus einem keramischen Körper gebildet wird, der mit Hilfe eines verlorenen Modells hergestellt wird und dessen mit dem Gussmaterial in Kontakt tretende Oberfläche so angepasst ist, dass sie eine Penetration oder Infiltration des geschmolzenen Gussmaterials während des Gussprozesses verhindert. In the proposed method for producing complex shaped castings with a die casting machine, a lost mold is used in the casting process which defines at least a portion of the complex shaped castings. Depending on the desired shape of the casting, the lost shape may be an outer shape, a core, a combination of both, or even a partial shape for the casting. In the case of a part mold then the less complex shaped areas of the casting are formed by means of another part form, which may consist of a different material. The present method is characterized in that the lost mold is formed from a ceramic body made by means of a lost model and having its surface in contact with the casting material adapted to allow penetration or infiltration of the molten casting material during of the casting process prevented.

Der Einsatz verlorener Formen bietet den Vorteil, dass mit diesen sowohl Außenkonturen als auch innen liegende Hohlräume dargestellt werden können. Zusätzlich kann auf die in Dauerformverfahren unverzichtbaren Ausformschrägen komplett verzichtet werden. Weiterhin wird der bei Dauerformverfahren auftretende hohe Formverschleiß bei hoch schmelzenden Metallen und Legierungen (z. B. Cu und Cu-Legierungen) vermieden, der beim Einsatz von verlorenen Formen oder Formeinsätzen entfällt. Durch das beschriebene Verfahren reduziert sich der Formverschleiß ausschließlich auf den Bereich der Gießkammer, so dass bei einer geeigneten Beschichtung, einem wechselbaren Verschleißeinsatz oder bei Verwendung einer keramischen Gießkammer auch die Verarbeitung von höherschmelzenden Metallen (Kupfer oder Eisen) möglich wäre. Durch die Wahl einer verlorenen Form aus einem keramischen Material kann die Herstellung dieser Form mit den aus dem Feinguss bekannten Techniken auf Basis verlorener Modelle erfolgen, beispielsweise mit dem bekannten Wachsausschmelzverfahren. Diese Techniken ermöglichen die Herstellung von Formen mit sehr komplexen geometrischen Strukturen mit hoher Genauigkeit. So können die verlorenen Modelle beispielsweise mit einem Rapid Prototyping Verfahren mit der gewünschten komplexen bzw. filigranen Struktur z. B. aus einem Wachs oder einem Kunststoff hergestellt werden. Auch andere Herstellungsverfahren für die verlorenen Modelle sind selbstverständlich möglich. Keramische Einbettmassen weisen allerdings stets einen gewissen Grad an offener Porosität auf, der an sich einem Einsatz im druckunterstützten Gießen aufgrund der Penetration oder Infiltration durch das flüssige Gussmaterial entgegensteht. Beim vorgeschlagenen Verfahren wird der keramische Körper für die Bildung der verlorenen Form daher an der mit dem Gussmaterial in Kontakt kommenden Oberfläche so angepasst, dass eine Penetration oder Infiltration des flüssigen Gussmaterials während des Gussprozesses verhindert wird. Bei dieser Oberfläche kann es sich je nach Ausbildung der verlorenen Form sowohl um eine innere Oberfläche handeln, die bspw. einen Hohlraum begrenzt, als auch um eine äußere Oberfläche, bspw. im Falle eines verlorenen Kerns.The use of lost forms offers the advantage that both external contours and internal cavities can be represented with them. In addition, can be completely dispensed with the indispensable in permanent molding process draft angles. Furthermore, high mold wear in high-melting metals and alloys (eg, Cu and Cu alloys) occurring in permanent molding processes is avoided, which is eliminated when using lost molds or mold inserts. The method described reduces mold wear exclusively to the area of the casting chamber, so that with a suitable coating, a replaceable wear insert or the use of a ceramic casting chamber, the processing of higher-melting metals (copper or iron) would also be possible. By choosing a lost form of a ceramic material, the production of this form can be done with the techniques known from precision casting based on lost models, for example with the known lost wax casting process. These techniques allow the production of shapes with very complex geometrical structures with high accuracy. Thus, the lost models, for example, with a rapid prototyping process with the desired complex or filigree structure z. B. made of a wax or a plastic. Other manufacturing methods for the lost models are of course possible. However, ceramic investment materials always have a certain degree of open porosity, which in itself precludes use in pressure-assisted casting due to penetration or infiltration through the liquid casting material. In the proposed method, the ceramic body for the formation of the lost shape is therefore adapted at the surface in contact with the casting material so as to prevent penetration or infiltration of the liquid casting material during the casting process. Depending on the design of the lost mold, this surface can be both an inner surface which, for example, delimits a cavity and also an outer surface, for example in the case of a lost core.

In einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird daher die Oberfläche des keramischen Körpers imprägniert, versiegelt oder beschichtet, um die Penetration oder Infiltration des flüssigen Gussmaterials während des druckunterstützten Gussprozesses zu verhindern. Im Gegensatz zur Verfahrensweise in der DE 10 2007 015 050 A1 wird eine möglichst geringe Porosität im gesamten Formstoff und insbesondere im Oberflächenbereich angestrebt. Die Entkernung kann daher nicht durch eine schlagartige Druckbeaufschlagung und dem damit verbundenen Einbrechen des Formstoff aufgrund der gezielten Porosität erfolgen ( DE 10 2007 015 050 A1 ), sondern wird über mechanische Bearbeitung oder Auflösen in wässrigen Medien bzw. deren Kombination erzielt. In einer weiteren Ausgestaltung können zur Verbesserung der Bauteilqualität Überlaufbohnen, Entlüftungskanäle oder eine Zwangsentlüftung vorgesehen werden. Des Weiteren ist auch eine Füllung der Kavität im Vacuralguss denkbar. In einer weiteren Ausgestaltung wird der keramische Körper aus einer sich zur Oberfläche hin ändernden Materialzusammensetzung hergestellt. Das Material im Bereich der Oberfläche wird dabei so gewählt, dass es entweder keine Porosität aufweist oder dass dessen Porosität nicht ausreicht, um eine Penetration oder Infiltration durch das flüssige Gießmaterial bei den beim Gießen auftretenden Drücken zu verhindern. Auch eine Kombination der obigen Ausgestaltungen ist selbstverständlich möglich.In one embodiment of the proposed method, therefore, the surface of the ceramic body is impregnated, sealed or coated to prevent the penetration or infiltration of the liquid casting material during the pressure-assisted casting process. In contrast to the procedure in the DE 10 2007 015 050 A1 the aim is to achieve the lowest possible porosity in the entire molding material and in particular in the surface area. The coring therefore can not be done by a sudden pressurization and the associated penetration of the molding material due to the targeted porosity ( DE 10 2007 015 050 A1 ), but is achieved by mechanical processing or dissolution in aqueous media or their combination. In a further embodiment, overflow beans, ventilation channels or forced ventilation can be provided to improve the component quality. Furthermore, a filling of the cavity in the case of a vacuum casting is conceivable. In a further embodiment, the ceramic body is produced from a material composition which changes towards the surface. The material in the region of the surface is chosen so that it either has no porosity or that its porosity is not sufficient to prevent penetration or infiltration by the liquid casting material at the pressures occurring during casting. A combination of the above embodiments is of course possible.

Vorzugsweise werden die Drücke und/oder Einpress- bzw. Gießkolbengeschwindigkeiten der Druckgießmaschine beim Gießprozess so gewählt, dass die Drücke unterhalb von 10 MPa und/oder die Gießkolbengeschwindigkeiten unterhalb von 1,0 m/s liegen. Damit werden die Anforderungen an die Oberfläche der verlorenen Form hinsichtlich der Infiltration oder Penetration des flüssigen Gussmaterials reduziert ohne gleichzeitig auf die Vorteile des Druckgusses verzichten zu müssen. Grundsätzlich sind jedoch auch höhere Gießdrücke und Füllgeschwindigkeiten möglich.Preferably, the pressures and / or injection or casting piston speeds of the die casting machine during the casting process are selected such that the pressures below 10 MPa and / or the casting piston speeds are below 1.0 m / s. Thus, the requirements for the surface of the lost form with regard to the infiltration or penetration of the liquid casting material are reduced without having to forego the benefits of die casting at the same time. Basically, however, higher casting pressures and filling speeds are possible.

In einer weiteren Ausgestaltung können die verlorenen Modelle mit zusätzlichen Funktionsteilen wie z. B. Gewinden, Sensoren, Aktoren, Fasern oder Drahtstrukturen versehen werden. Diese Funktionselemente werden mit eingebettet, so dass beim Ausbrennen des Modells ein Verbindungsbereich zum Formhohlraum bestehen bleibt. Der in den Formhohlraum hineinragende Teil des Funktionselements wird beim Gießprozess mit eingegossen, wobei eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird.In a further embodiment, the lost models with additional functional parts such. As threads, sensors, actuators, fibers or wire structures are provided. These functional elements are embedded with, so that when burned the model a connection area to the mold cavity persists. The projecting into the mold cavity part of the functional element is poured in the casting process, with a positive and / or cohesive connection is generated.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird die verlorene Form mit ihren äußeren Abmessungen so dimensioniert, dass sie eine vorhandene metallische Dauerform oder die Gießkammer der Druckgießmaschine vollständig ausfüllt. Die äußere Dimension wird dabei unabhängig von der sonstigen Struktur der verlorenen Form gewählt, die an das jeweils herzustellende Gussteil angepasst ist. Damit entfällt die bisherige kostenintensive und gussteilspezifische Herstellung von Druckgießformen durch Einsatz eines Stammwerkzeuges (Dauerform), in das die keramischen Formen mit einer standardisierten Außengeometrie, jedoch geometrisch frei wählbaren Innengeometrie eingelegt werden. Die verlorene Form übernimmt dann eine Adapterfunktion und ermöglicht die Herstellung verschiedener Bau- bzw. Gussteile in der gleichen Dauerform. Damit wird die Fertigung und Auslegung des Stammwerkzeuges unabhängig von der Bauteilgeometrie und ist nur noch von der Größe und dem Volumen abhängig. So können Stammwerkzeuge bzw. Dauerformen für verschiedene Produktfamilien kostengünstig realisiert werden. Dies ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Produktion, da das Verfahren gleichermaßen für die Serienfertigung und für Kleinst- und Nullserien geeignet ist. Die Geometrie der Modelle kann laufend geändert werden, ohne zeitintensive Änderungen an der metallischen Dauerform vornehmen zu müssen. Dies gewährleistet die Tauglichkeit des Verfahrens auch für den Einsatz im Rapid-Prototyping.In a preferred embodiment of the proposed method, the lost shape with its external dimensions is dimensioned so that it completely fills an existing metallic permanent mold or the casting chamber of the die casting machine. The outer dimension is chosen independently of the other structure of the lost form, which is adapted to the particular casting to be produced. This eliminates the previous cost-intensive and casting-specific production of die casting molds by using a master tool (permanent mold), in which the ceramic molds with a standardized outer geometry, but geometrically freely selectable inner geometry are inserted. The lost shape then takes on an adapter function and allows the production of various construction or castings in the same permanent form. Thus, the production and design of the master tool is independent of the component geometry and is only dependent on the size and volume. Thus, master tools or permanent molds for different product families can be realized inexpensively. This allows a high degree of flexibility in production, since the method is equally suitable for mass production and for micro and zero series. The geometry of the models can be changed continuously, without having to make time-consuming changes to the metallic permanent shape. This ensures the suitability of the method also for use in rapid prototyping.

Der Einsatz von verlorenen keramischen Formen oder Teilformen gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren ermöglicht die kostengünstige Herstellung von komplex geformten Gussteilen mit Hilfe einer Druckgießmaschine, die im Druckguss bisher nur durch den Einsatz von komplizierten und kostenintensiven Schiebertechnologien oder gar nicht herstellbar sind. Die verlorenen Formen bieten den Vorteil, dass diese sowohl die Außenkontur des Gussteils als auch innen liegende Hohlräume abbilden können, somit die Kombination aus konventioneller Form und Kern darstellen und sich damit deutlich von derzeitigen Entwicklungen zum Thema Kerne im Druckguss unterscheidet. Die gezielte Nutzung von Elementen der Druckgießtechnik und der des Feingusses im Zusammenhang mit verlorenen keramischen Formen ermöglicht die Vereinigung der Vorteile beider Technologien. Insbesondere ermöglichen die exakt steuerbaren Parameter im Druckgießprozess eine optimale Anpassung des Wegprofils (Formfüllung) und des Druckprofils (Nachspeisung) an die jeweilige Geometrie des Gussbauteils. Die Parameterformfüllzeit, Formfüllgeschwindigkeit und Druck können im Vergleich zum Feinguss flexibler und gezielt variiert werden und ermöglichen eine Steigerung der Gussqualität. Die Herstellung von bspw. Wachsmodellen, wie aus dem Feinguss bekannt, bietet auf der andern Seite die Möglichkeit der Herstellung von verlorenen Formen mit höchster geometrischer Gestaltungsfreiheit.The use of lost ceramic molds or partial molds according to the proposed method allows the cost-effective production of complex molded castings by means of a die casting machine, the die casting so far only by the use of complicated and costly slide technologies or not be produced. The lost forms have the advantage that they can represent both the outer contour of the casting as well as internal cavities, thus represent the combination of conventional form and core, and thus differs significantly from current developments on cores in die casting. The targeted use of elements of the die casting technique and investment casting in connection with lost ceramic forms makes it possible to combine the advantages of both technologies. In particular, the precisely controllable parameters in the die casting process allow an optimal adaptation of the path profile (mold filling) and the pressure profile (make-up) to the respective geometry of the cast component. The parameter mold filling time, mold filling speed and pressure can be varied in a more flexible and targeted manner compared to precision casting and enable an increase in casting quality. The production of, for example, wax models, as known from investment casting, on the other hand offers the possibility of producing lost shapes with maximum geometric design freedom.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung nochmals näher erläutert. Hierbei zeigt:The proposed method will be explained in more detail using an exemplary embodiment in conjunction with the drawings. Hereby shows:

1 ein Beispiel für den Verfahrensablauf bei der Herstellung eines komplexen Bauteils mit dem vorgeschlagenen Verfahren. 1 an example of the procedure in the production of a complex component with the proposed method.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden zur Herstellung von komplexen, kostengünstigen Gussteilen mit Hilfe einer Druckgießmaschine verlorene Formen eingesetzt. Die verlorenen Formen werden aus einer anorganisch basierten keramischen Einbettmasse hergestellt, die einer legierungsspezifischen Anpassung unterliegt. Dazu wird zunächst ein Modell 1 aus Wachs mit geeigneten Verfahren hergestellt, wie sie aus den Feingießverfahren bekannt sind. Das Wachsmodell 1 wird einzeln oder zu einer Gießtraube zusammengesetzt mit einer geeigneten keramischen Einbettmasse umgossen. Das eingebettete Wachsmodell 2 wird anschließend ausgebrannt, wodurch die für den Druckgießprozess verwendete verlorene Form 3 erhalten wird. Dies ist schematisch im oberen Teil der 1 angedeutet.In the proposed method, lost molds are used to produce complex, low-cost castings using a die casting machine. The lost molds are made of an inorganic based ceramic investment material which is subject to alloy-specific adaptation. This will be a model first 1 made of wax by suitable processes as known from the investment casting process. The wax model 1 is cast individually or to form a casting grape with a suitable ceramic investment. The embedded wax model 2 is then burned out, whereby the lost mold used for the die casting process 3 is obtained. This is schematically in the upper part of the 1 indicated.

Die formgebende Oberfläche der verlorenen Form muss dabei derart beschaffen sein, dass während des anschließenden Gießprozesses infolge der auftretenden Drücke keine Penetration und Infiltration des flüssigen bzw. geschmolzenen Gusswerkstoffs auftritt. Dies kann dadurch verhindert werden, dass der keramische Formwerkstoff eine nicht vom geschmolzenen Gusswerkstoff benetzbare, eine dichte und nicht poröse oder eine geschlossene Porosität an der Oberfläche aufweist. Dazu können bspw. auch Materialkompositionen aus zwei oder mehr Formwerkstoffen verwendet werden, die die Anforderungen einer dichten Formoberfläche gewährleisten. Weiterhin kann die Oberfläche auch durch geeignete Verfahren versiegelt, beschichtet oder derart modifiziert werden, dass eine Penetration und Infiltration des flüssigen Gusswerkstoffs verhindert wird. Zusätzlich werden die verfahrensbedingten Drücke vorzugsweise kleiner als 10 MPa und die Gießkolbengeschwindigkeiten der Druckgießmaschine kleiner als 1,0 m/s gewählt. Grundsätzlich sind jedoch auch höhere Gießdrücke und Füllgeschwindigkeiten möglich.The shaping surface of the lost form must be such that during the subsequent casting process as a result of the pressures occurring no penetration and infiltration of the liquid or molten casting material occurs. This can be prevented by the ceramic molding material having a non-molten casting material, a dense and non-porous or a closed porosity at the surface. For this purpose, for example, material compositions of two or more molding materials can be used, which ensure the requirements of a dense mold surface. Furthermore, the surface may also be sealed, coated or by suitable methods be modified so that a penetration and infiltration of the liquid casting material is prevented. In addition, the process-related pressures are preferably selected to be less than 10 MPa and the casting piston speeds of the die casting machine less than 1.0 m / s. Basically, however, higher casting pressures and filling speeds are possible.

In der 1 sind im Folgenden zwei Beispiele für den Abguss dargestellt. In einem der Beispiele erfolgt der Abguss der verlorenen Form 3 durch das Einlegen in die Gießkammer der Druckgießmachine (obere Variante der 1). Im anderen Beispiel wird eine metallische Dauerform 5 eingesetzt, in dessen Hohlraum die verlorene Form 3 eingelegt wird. Die verlorene Form 3 füllt hierbei den entsprechenden Hohlraum (Gießkammer oder Hohlraum in metallischer Dauerform) vollständig aus und gewährleistet, dass keine Schmelze zwischen die Grenzflächen zwischen verlorener Form 3 und Gießkammer oder Dauerform 5 gelangt.In the 1 Below are two examples of the casting. In one of the examples, the cast of the lost form takes place 3 by placing it in the casting chamber of the die casting machine (upper variant of 1 ). In the other example, a metallic permanent form 5 inserted, in whose cavity the lost form 3 is inserted. The lost form 3 fills in the corresponding cavity (casting chamber or cavity in metallic permanent form) completely and ensures that no melt between the interfaces between lost shape 3 and casting chamber or permanent mold 5 arrives.

Die verlorenen Formen 3 werden abhängig vom Formwerkstoff, der für den Guss als Gusswerkstoff eingesetzten Metalle oder metallischen Legierungen und der gewählten Prozessparameter kalt oder vorgewärmt im Prozess eingesetzt. Für den Abguss wird eine dosierte Menge des geschmolzenen Gusswerkstoffs 6 in die Einfüllöffnung der Füllbüchse 4 gefüllt. Anschließend fährt der Gießkolben 7 an und spritzt die Schmelze mit vorgegebener Kolbengeschwindigkeit in die Form 3. Nach Ablauf der Zuhaltezeit ist die Schmelze erstarrt und die Form 3 kann mit dem darin verfestigten Gussteil entnommen werden. Die mit dem Gussmaterial gefüllte verlorene Form 8 ist in der 1 schematisch angedeutet. Das Gussteil 9 wird anschließend in bekannter Weise entformt.The lost forms 3 are used cold or preheated in the process depending on the molding material, the metals or metallic alloys used for the casting as a casting material and the selected process parameters. For the casting is a metered amount of the molten casting material 6 into the filling opening of the filling box 4 filled. Then the casting piston moves 7 and injects the melt at a given piston speed in the mold 3 , After expiration of the closing time, the melt is solidified and the shape 3 can be removed with the casting solidified therein. The lost mold filled with the casting material 8th is in the 1 indicated schematically. The casting 9 is then removed from the mold in a known manner.

Im Folgenden werden einzelne Schritte des Verfahrens nochmals am Beispiel der Herstellung eines Lochgitters als Gussteil 9 näher beschrieben.In the following, individual steps of the method will be described again using the example of producing a perforated grid as a casting 9 described in more detail.

Zunächst wird in bekannter Weise ein Wachsmodell des Lochgitters hergestellt, Anschließend wird eine Schlichte, im vorliegenden Beispiel Bornitridschlichte auf das Wachsmodell aufgebracht. Hierzu kann das Wachsmodell langsam in ein mit der Schlichte befülltes Behältnis eingetaucht und wieder herausgezogen werden.First, a wax model of the perforated grid is produced in a known manner. Subsequently, a size, in the present example boron nitride size, is applied to the wax model. For this, the wax model can slowly be immersed in a container filled with the size and pulled out again.

Das geschlichtete Modell wird dann zum Trocknen aufgehängt.The sized model is then hung up to dry.

Als keramische Einbettmasse wird in diesem Beispiel das kommerziell erhältliche Wiroplus® eingesetzt. Diese Einbettmasse wird nach dem Anmischen in eine Form eingefüllt, in der das geschlichtete Modell fixiert ist. Nach mind. 60 Minuten Abbindezeit wird die verfestigte Masse auf einer keramischen Unterlage in einen Umluftofen gestellt und die keramische Masse darin gebrannt. Durch die Erhitzung verflüssigt sich das Wachs und fließt über einen am Wachsmodell vorgesehenen Anschnitt ab. Die Schlichte am Wachsmodell führt dabei zu einer Versiegelung der Oberfläche der keramischen Form und verhindert ein späteres Eindringen des beim Druckgießen eingesetzten Gussmaterials.As ceramic investment material in this example, the commercially available Wiroplus ® is used. This investment material is filled after mixing in a mold in which the sized model is fixed. After at least 60 minutes of setting time, the solidified mass is placed on a ceramic base in a circulating air oven and the ceramic mass is fired therein. By heating, the wax liquefies and flows through a provided on the wax model gate. The size of the wax model leads to a sealing of the surface of the ceramic mold and prevents a later penetration of the casting material used in die casting.

Die gebrannte keramische Form wird anschließend in die Gießkammer der Druckgießmaschine eingelegt. Der Gießvorgang kann mit folgenden Parametern durchgeführt werden: Legierung: 226 D T(Gießkam.): 150°C Umschaltkriterien: Zuhaltezeit: 45 s T(fest/bew.): 150°C – Weg: 300 mm Gießgewicht: 2700 g T(Schmelze): 700°C – Druck: 25 bar Nachdruck: 25 bar V((Kolben): 0,1 m/s – VK%: 100% The fired ceramic mold is then inserted into the casting chamber of the die casting machine. The casting process can be carried out with the following parameters: Alloy: 226 D T (pouring chamber): 150 ° C switching criteria: Holding time: 45 s T (fixed / bew.): 150 ° C - way: 300 mm Casting weight: 2700 g T (melt): 700 ° C - pressure: 25 bar Holding pressure: 25 bar V ((piston): 0.1 m / s - V K% : 100%

Nach Einlegen der keramischen Form in die Gießkammer schließen sich beide Formhälften der metallischen Dauerform. Es wird eine dosierte Menge Schmelze in die Einfüllöffnung der Gießkammer gefüllt. Anschließend fährt der Gießkolben an und spritzt die Schmelze mit vorgegebener Kolbengeschwindigkeit in die keramische Form. Nach Ablauf der Zuhaltezeit ist die Schmelze erstarrt und beide Formhälften der Dauerform öffnen sich. Nun kann die keramische Form mit dem darin erstarrten Gussteil aus der Dauerform entnommen werden.After inserting the ceramic mold into the casting chamber, both mold halves of the metallic permanent mold close. It is filled a metered amount of melt in the filling opening of the casting chamber. Subsequently, the casting piston moves on and injects the melt into the ceramic mold at a predetermined piston speed. After expiration of the closing time, the melt is solidified and both mold halves of the permanent mold open. Now, the ceramic mold with the solidified therein casting can be removed from the permanent mold.

Die keramische Form wird mechanisch parallel zum Gussteil mittig aufgespalten und das Gussteil von der gröbsten Einbettmasse befreit. Der Rest wird in der Strahlkabine durch Sandstrahlen entfernt.The ceramic mold is mechanically split in the middle parallel to the casting and the casting is freed from the coarsest investment material. The rest is removed by blasting in the blast cabin.

Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die gießtechnische Herstellung von geometrisch komplex geformten Gussteilen unter Einsatz einer Druckgießmaschine, wobei eine verlorene keramische Form oder Teilform verwendet wird, die bspw. in ein Stammwerkzeug eingesetzt werden kann. Das Verfahren ist hinsichtlich der Formfüllgeschwindigkeiten und Druckparameter in der bevorzugten Ausgestaltung zwischen dem Schwerkraftguss und dem Druckguss einzuordnen. Mit dem Verfahren lassen sich Bauteile mit Leicht- und Schwermetallen und deren Legierungen herstellen. Auf den Einsatz teuerer und aufwendiger verschiebbarer Kerne kann dabei verzichtet werden. The proposed method enables the casting technology production of geometrically complex shaped castings using a die casting machine, wherein a lost ceramic mold or part mold is used, which can be used, for example. In a master tool. The method is to be classified in terms of mold filling speeds and pressure parameters in the preferred embodiment between the gravity casting and the die casting. The process can be used to produce components with light and heavy metals and their alloys. The use of expensive and complicated movable cores can be dispensed with.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wachsmodellwax model
22
eingebettetes Wachsmodellembedded wax model
33
verlorene Formlost form
44
Füllbüchseshot sleeve
55
Dauerformpermanent mold
66
geschmolzener Gusswerkstoffmolten cast material
77
Gießkolbencasting plunger
88th
gefüllte verlorene Formfilled lost form
99
entformtes GussteilMolded casting

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102007015050 A1 [0004, 0011, 0011] DE 102007015050 A1 [0004, 0011, 0011]
  • DE 102009024182 B3 [0005] DE 102009024182 B3 [0005]

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung komplex geformter Gussteile (9) mit einer Druckgießmaschine, bei dem beim Gussprozess eine verlorene Form (3) eingesetzt wird, die wenigstens einen Bereich der komplex geformten Gussteile (9) festlegt, dadurch gekennzeichnet, dass die verlorene Form (3) aus einem keramischen Körper gebildet wird, der mit Hilfe eines verlorenen Modells hergestellt wird und dessen Oberfläche so angepasst ist, dass sie eine Penetration oder Infiltration von flüssigem Gussmaterial (6) während des Gussprozesses verhindert.Process for producing complex shaped castings ( 9 ) with a die casting machine in which a lost shape ( 3 ) is used, which at least a portion of the complex shaped castings ( 9 ), characterized in that the lost form ( 3 ) is formed from a ceramic body which is produced by means of a lost model and whose surface is adapted to effect a penetration or infiltration of liquid casting material ( 6 ) during the casting process. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gussprozess mit der Druckgießmaschine bei Drücken von weniger als 10 MPa durchgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the casting process is carried out with the die casting machine at pressures of less than 10 MPa. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gussprozess mit der Druckgießmaschine mit Gießkolbengeschwindigkeiten von weniger als 1,0 m/s durchgeführt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the casting process is carried out with the die casting machine with casting piston speeds of less than 1.0 m / s. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verlorene Form (3) für den Gussprozess in eine Gießkammer der Druckgießmaschine oder einen Hohlraum einer in der Druckgießmaschine eingesetzten Dauerform (5) eingesetzt wird, wobei sie so dimensioniert wird, dass sie die Gießkammer oder den Hohlraum der Dauerform (5) vollständig ausfüllt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lost form ( 3 ) for the casting process in a casting chamber of the die casting machine or a cavity of a die used in the die casting machine ( 5 ), wherein it is dimensioned so that it the casting chamber or the cavity of the permanent mold ( 5 ) completely. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des keramischen Körpers imprägniert, versiegelt oder beschichtet wird, um eine Penetration oder Infiltration des flüssigen Gussmaterials (6) während des Gussprozesses zu verhindern.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the surface of the ceramic body is impregnated, sealed or coated in order to effect a penetration or infiltration of the liquid casting material ( 6 ) during the casting process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Körper aus einer sich zur Oberfläche hin ändernden Materialzusammensetzung hergestellt wird, wobei die Materialzusammensetzung im Bereich der Oberfläche so gewählt wird, dass sie eine Penetration des flüssigen Gussmaterials (6) während des Gussprozesses verhindert.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ceramic body is made of a surface-changing material composition, wherein the material composition is selected in the region of the surface so as to provide a penetration of the liquid casting material ( 6 ) during the casting process. verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das verlorene Modell mit einem Rapid Prototyping Verfahren hergestellt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the lost model is produced by a rapid prototyping method. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das verlorene Modell aus einem Wachs oder einem Kunststoff hergestellt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the lost model is made of a wax or a plastic. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießkammer der Druckgießmaschine mit einer temperaturfesten Beschichtung versehen, aus einem keramischen Material gebildet oder mit einem wechselbaren Verschleißeinsatz ausgestattet wird, um die Verarbeitung höherschmelzender Metalle beim Gussprozess zu ermöglichen.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the casting chamber of the die casting machine provided with a temperature-resistant coating, formed of a ceramic material or equipped with a removable wear insert to allow the processing of higher melting metals in the casting process.
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