DE102013103672A1

DE102013103672A1 - Pore-cast

Info

Publication number: DE102013103672A1
Application number: DE102013103672.4A
Authority: DE
Inventors: Torsten Söderberg; Christian Hannemann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; SMA Solar Technology AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; SMA Solar Technology AG
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-30
Also published as: EP2983848A1; WO2014166841A1; EP2983848B1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Druckgießen von mit Gas (6) gefüllte Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung (3), wobei die flüssige Druckgusslegierung (3) zusammen mit dem Gas (6) in eine Formkavität eingepresst wird, die eine Negativform des Formkörpers aufweist, werden das Gas (6) und die Druckgusslegierung (3) ohne vorherige Vermischung zusammen in einen Gießzylinder (1) eingeschlossen, und ein Gießkolben (5) wird mit einer so hohen Geschwindigkeit in dem Gießzylinder (1) vorgeschoben, dass sich das Gas (6) und die flüssige Druckgusslegierung (3) bis spätestens beim Eintritt in die Formkavität vermischen.In a method for die-casting shaped bodies of a die-cast alloy (3) filled with pores filled with gas (6), the liquid die-cast alloy (3) is pressed together with the gas (6) into a mold cavity having a negative mold of the shaped body the gas (6) and the die casting alloy (3) are included together in a casting cylinder (1) without prior mixing, and a casting piston (5) is advanced in the casting cylinder (1) at such a high rate that the gas (6) and mix the liquid die-cast alloy (3) at the latest when entering the mold cavity.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Druckgießen von Gas gefüllte Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung, wobei die flüssige Druckgusslegierung zusammen mit dem Gas in eine Formkavität eingepresst wird, die eine Negativform der Formkörper aufweist. The invention relates to a method for die casting of gas-filled shaped bodies having a die-cast alloy, wherein the liquid die-casting alloy is pressed together with the gas in a mold cavity having a negative mold of the molded body.

Der Begriff "flüssige Druckgusslegierung" wird hier als Synonym für den Begriff "Schmelze der Druckgusslegierung" verwendet.The term "liquid diecasting alloy" is used here as a synonym for the term "melt of the diecasting alloy".

Das Herstellen von Gas gefüllte Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung, führt verglichen mit massiven Formkörpern ohne Poren zu einer Einsparung von Material, d. h. von Druckgusslegierung, und zu einer Gewichtsreduktion.The production of gas-filled moldings from a die-cast alloy, compared to solid moldings without pores leads to a saving of material, d. H. of die-cast alloy, and to a weight reduction.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus der US 2002/0121157 A1 und der US 2003/0049150 A1 sind Verfahren zum Druckgießen von Gas gefüllte Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung bekannt, bei denen der flüssigen Druckgusslegierung ein Treibmittel zugesetzt wird. Dieses Treibmittel setzt nach dem Einpressen der flüssigen Druckgusslegierung in eine Formkavität das Gas frei, das die gewünschten Poren ausbildet. Da die Gasfreisetzung thermisch ausgelöst wird, kann das Treibmittel der flüssigen Druckgusslegierung erst direkt vor dem Einpressen in die Formkavität zugegeben werden, was eine gleichmäßige Verteilung des Treibmittels in der flüssigen Druckgusslegierung schwierig macht. Auch wenn das Treibmittel der flüssigen Schmelze erst kurz vor dem Einpressen in die Formkavität zugesetzt wird, muss das Einpressen in die Negativform mit vergleichsweise hohem Druck erfolgen, um die aufgrund der hohen Temperatur der Schmelze schnell einsetzende Freisetzung des Gases durch das Treibmittel zu verzögern, bis die flüssige Druckgusslegierung mit dem Treibmittel in der Formkavität angelangt ist. Weiterhin kann das Treibmittel die Druckgusslegierung so verunreinigen, dass es zu Problemen beim Recycling der mit diesem bekannten Verfahren hergestellten Formkörper kommen kann.From the US 2002/0121157 A1 and the US 2003/0049150 A1 Methods are known for die-casting of gas-filled moldings from a die-casting alloy, in which a fluid is added to the liquid die-casting alloy. This blowing agent releases the gas after injection of the liquid die casting alloy into a mold cavity, which forms the desired pores. Since the gas release is thermally triggered, the blowing agent of the liquid die casting alloy can be added only just before being pressed into the mold cavity, which makes a uniform distribution of the blowing agent in the liquid die casting alloy difficult. Even if the blowing agent is added to the liquid melt shortly before it is pressed into the mold cavity, it must be pressed into the negative mold at a comparatively high pressure in order to delay the rapid release of the gas by the blowing agent due to the high temperature of the melt the liquid die-casting alloy has arrived with the blowing agent in the mold cavity. Furthermore, the blowing agent may contaminate the diecasting alloy in such a way that problems may arise in recycling the molded articles produced by this known process.

Aus der FR 2921281 und der US 3,177,574 sind Verfahren zum Herstellen eines Poren aufweisenden Formkörpers aus einer Aluminiumlegierung bekannt, einer flüssigen Aluminiumlegierung beim Guss in eine Formkavität in dem Salzteilchen zugesetzt werden, die anschließend aus dem durch Erstarren der Aluminiumlegierung entstehenden Formkörper herausgelöst werden. Die so gebildeten offenen Poren des Formkörpers können erst in einem weiteren Verfahrensschrift, beispielsweise durch Überziehen mit einer Schale aus massivem Aluminium, geschlossen werden.From the FR 2921281 and the US 3,177,574 For example, methods for producing a voided aluminum alloy shaped body are known to be added to a molten aluminum alloy during casting into a mold cavity in which salt particles are dissolved out of the shaped body formed by solidification of the aluminum alloy. The thus-formed open pores of the shaped body can be closed only in another procedural document, for example by coating with a shell made of solid aluminum.

Aus der EP 1 288 320 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Metallschaum bekannt, das die Merkmale der eingangs beschriebenen Art, die dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 entspricht, aufweist. Dabei wird Luft durch feine Düsen in die flüssige Druckgusslegierung eingebracht, während sie sich in einem Schmelzengefäß befindet. Dies geschieht durch ein in die flüssige Druckgusslegierung hereinragendes Gaseintragsrohr mit kleinem Gasaustrittsquerschnitt. Damit sollen gleichmäßigere Blasen- und damit Porenverteilungen erreicht werden als mit einer an der Wandung des Schmelzengefäßes mündenden Düsen.From the EP 1 288 320 B1 a method for producing metal foam is known, which has the features of the type described above, which corresponds to the preamble of independent claim 1. Air is introduced through fine nozzles into the liquid die casting alloy while it is in a melt vessel. This is done by a gas inlet tube projecting into the liquid die-cast alloy with a small gas outlet cross-section. This should be more uniform bubble and thus pore distributions are achieved than with a nozzle opening on the wall of the melt vessel.

Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, dass es nur mit spezieller Ausrüstung durchführbar ist, d. h. wenn ein Schmelzenbehälter mit einem Gaseintragsrohr und daran angeschlossener weiterer Ausrüstung vorhanden ist.A disadvantage of this known method is that it can be carried out only with special equipment, d. H. if there is a melt container with a gas inlet tube and further equipment connected thereto.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Druckgießen von Formkörpern aus einer mit Gas gefüllten Poren aufweisenden Druckgusslegierung aufzuzeigen, das ohne besondere Zuschläge zu der Druckgusslegierung und auch ohne die Notwendigkeit spezieller Ausrüstung, d. h. mit einer normalen Druckgussmaschine, ausführbar ist.The invention has for its object to provide a method for die casting of moldings from a gas-filled pores having diecasting alloy, without special supplements to the die-casting alloy and without the need for special equipment, d. H. with a normal die-casting machine, is executable.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.The object of the invention is achieved by a method having the features of independent claim 1. Preferred embodiments of the method according to the invention are defined in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG DESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Druckgießen von Gas gefüllte Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung, wobei die Druckgusslegierung in flüssigem Zustand zusammen mit dem Gas in eine Formkavität eingepresst wird, die eine Negativform der Formkörper aufweist, werden das Gas und die Druckgusslegierung ohne vorherige Vermischung zusammen in einem Gießzylinder eingeschlossen. Ein Gießkolben wird hierbei mit derart gewählten Geschwindigkeit in dem Gießzylinder vorgeschoben, dass sich das Gas und die Druckgusslegierung bis spätestens beim Eintritt in die Formkavität vermischen.In a method according to the invention for die casting gas-filled moldings from a die-cast alloy, wherein the die-cast alloy is pressed in liquid state together with the gas in a mold cavity having a negative mold of the moldings, the gas and die casting alloy without prior mixing together in enclosed in a casting cylinder. A casting piston is in this case advanced in the casting cylinder at a speed selected in such a way that the gas and the die casting alloy mix at the latest when they enter the mold cavity.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also zunächst die benötigte Menge des Gases einfach nur neben der Druckgusslegierung in den Gießzylinder eingebracht oder darin belassen, und der Gießzylinder wird – typischerweise durch Vorschieben des zugehörigen Gießkolbens bis über die Einfüllöffnung des Gießzylinders hinaus – geschlossen. Dann wird der Gießkolben weiter vorgeschoben, und zwar über zumindest einen Teil seines Vorschubwegs mit vergleichsweise hoher, aber mit einer herkömmlichen Druckgussmaschine noch realisierbarer Geschwindigkeit. Überraschenderweise erweist es sich als einfach, diese relativ hohe Geschwindigkeit so abzustimmen, dass sich das Gas und die flüssige Druckgusslegierung bis spätestens beim Eintritt in die Formkavität so vermischen, dass hochwertige Formkörper mit homogen verteilten Poren in signifikantem Anteil entstehen. Gleichzeitig weist der fertige Formkörper eine geschlossene Oberfläche auf.In the method according to the invention, therefore, first the required amount of gas is simply introduced into the casting cylinder next to the die-cast alloy or left therein, and the casting cylinder is closed - typically by advancing the associated casting piston beyond the filling opening of the casting cylinder. Then, the casting piston is advanced further, over at least a portion of its feed path with comparatively high speed, but still achievable with a conventional die casting machine. Surprisingly, it turns out to be easy to tune this relatively high speed so that the gas and the liquid die casting alloy mix at the latest when entering the mold cavity so that high-quality moldings arise with homogeneously distributed pores in a significant proportion. At the same time, the finished molded body has a closed surface.

Das erfindungsgemäße Verfahrens führt zu einem vorteilhaften Ergebnis, wenn ein vergleichsweise großes Volumen an Gas zusammen mit der flüssigen Schmelze in dem Gießzylinder eingeschlossen wird. So kann der Gießzylinder beim Schließen zu maximal der Hälfte, vorzugsweise zu maximal einem Viertel, wie beispielsweise etwa einem Siebtel, mit der flüssigen Druckgusslegierung und ansonsten mit dem Gas ausgefüllt sein. Dieses Mischungsverhältnis bestimmt maßgeblich die erreichbare Porosität des gegossenen Körpers.The inventive method leads to an advantageous result when a comparatively large volume of gas is included in the casting cylinder together with the liquid melt. Thus, the casting cylinder when closing to a maximum of half, preferably to a maximum of a quarter, such as about one-seventh, be filled with the liquid die-casting alloy and otherwise with the gas. This mixing ratio significantly determines the achievable porosity of the cast body.

Bei dem Gas kann es sich um Luft aus der Umgebung handeln, es muss also kein spezielles Gas neben der flüssigen Druckgusslegierung in den Gießzylinder eingebracht werden. Es kann dennoch sinnvoll sein, den Gießzylinder mit einem anderen Gas zu befüllen, z.B. einem inertem Gas wie Stickstoff oder einem Edelgas zur Vermeidung einer chemischen Reaktion in der Schmelze.The gas may be air from the environment, so there is no need to introduce any special gas besides the liquid die casting alloy into the casting cylinder. It may nevertheless be useful to fill the casting cylinder with another gas, e.g. an inert gas such as nitrogen or a noble gas to avoid a chemical reaction in the melt.

Es wird davon ausgegangen, dass es für die Vermischung des Gases und der flüssigen Druckgusslegierung bereits in dem Gießzylinder von Vorteil ist, wenn die Geschwindigkeit des Gießkolbens in dem Gießzylinder so gewählt ist, dass sich eine überschlagende Welle der flüssigen Druckgusslegierung in dem Gießzylinder ausbildet. Voraussetzung für das Ausbilden der überschlagenden Welle ist neben der Geschwindigkeit des Gießkolbens der gegenüber den vorbekannten Verfahren geringere Füllungsgrad des Gießzylinders. Der dynamisch anfahrende, an der ruhenden flüssigen Druckgusslegierung anstehende Gießkolben lenkt diese nach oben vorne in den Bereich des über der flüssigen Druckgusslegierung befindlichen Gases um. Das Auftreten einer überschlagenden Welle der flüssigen Druckgusslegierung wurde bei dem erfindungsgemäßen Verfahren konkret beobachtet. Die Ausbildung der Welle und damit die Durchmischung von Schmelze und Gas kann durch geeignete Formgebung des Gießzylinders und/oder des Kolbens maßgeblich mit beeinflusst werden.It is believed that it is advantageous for the mixing of the gas and the liquid die casting alloy already in the casting cylinder, if the speed of the casting piston in the casting cylinder is selected so that an overturning wave of the liquid die casting alloy is formed in the casting cylinder. The prerequisite for the formation of the overturning shaft is, in addition to the speed of the casting piston, the lower degree of filling of the casting cylinder compared to the previously known methods. The dynamically approaching, resting on the stationary die-casting liquid casting casting deflects this upwards in the area of the above the liquid die-casting alloy gas. The occurrence of an overturning wave of the liquid diecasting alloy was concretely observed in the method according to the invention. The formation of the shaft and thus the mixing of melt and gas can be significantly influenced by suitable shaping of the casting cylinder and / or the piston.

Eine weitere Ursache für die Vermischung des Gases und der flüssigen Druckgusslegierung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine turbulente Strömung sein, die sich aus dem Gas und der flüssigen Druckgusslegierung in dem Gießzylinder vor dem schnell vorgeschobenen Gießkolben ausbildet. Wenn hier von einer turbulenten Strömung die Rede ist, bedeutet dies nicht zwingend, dass die Strömung die physikalischen Kriterien einer Turbulenz erfüllt. Eine Strömung wird hier vielmehr bereits dann als turbulent angesehen, wenn sie ausreichend Wirbel zur fortgesetzten Einmischung und Verteilung des Gases in die flüssige Druckgusslegierung umfasst.Another cause for the mixing of the gas and the liquid die casting alloy in the method according to the invention will be a turbulent flow, which forms from the gas and the liquid die cast alloy in the casting cylinder in front of the rapidly advanced casting piston. When discussing a turbulent flow, this does not necessarily mean that the flow meets the physical criteria of turbulence. Rather, a flow is considered to be turbulent even here if it comprises sufficient vortices for continued mixing and distribution of the gas into the liquid diecasting alloy.

Eine zusätzliche Möglichkeit zur Durchmischung von Luft und Schmelze bzw. zur Ausbildung einer turbulenten Strömung wäre eine Drehbewegung des Kolbens während des Vorschubes in Verbindung mit einem geeignet geformten Kolben, zum Beispiel mit am Gießkolben angeformten, in die Schmelze eintauchenden Mischschaufeln. Gegebenenfalls kann durch eine oder mehrere gewundenen Mischschaufeln auch ohne Drehbewegung die Vorwärtsbewegung des Kolbens schneepflugartig in eine Seitwärts-/Aufwärtsbewegung der Schmelze umgesetzt werden. Die zum dem Gießkolben entgegengesetzten Ende des Gießzylinders laufende Welle kann hierbei beim Auftreffen auf das Gießzylinderende ebenfalls eine überschlagende Welle bilden und so einen Beitrag zur Durchmischung von Schmelze und Gas leisten. Dazu können Strukturen am Ende des Gießzylinders und/oder im Angusskanal ebenfalls für die bestmögliche Durchmischung bzw. für die Ausbildung einer turbulenten Strömung von Schmelze und Gas hilfreich sein.An additional possibility for the mixing of air and melt or for the formation of a turbulent flow would be a rotary movement of the piston during the feed in conjunction with a suitably shaped piston, for example with integrally formed on the casting piston, dipping into the melt mixing blades. Optionally, by one or more convoluted mixing blades even without rotational movement, the forward movement of the piston snowplough-like in a sideways / upward movement of the melt can be implemented. The shaft opposite the casting piston end of the casting cylinder can in this case likewise form an overturning shaft upon impact with the casting cylinder end and thus contribute to the mixing of melt and gas. For this purpose, structures at the end of the casting cylinder and / or in the runner can also be helpful for the best possible mixing or for the formation of a turbulent flow of melt and gas.

Die Geschwindigkeit des Gießkolbens in dem Gießzylinder bestimmt hierbei die Porosität des gegossenen Körpers. Geschwindigkeitswerte von mindestens 2 m/s, vorzugsweise mindestens 6 m/s führen zu zufriedenstellenden Ergebnissen. Beispielsweise liegt sie bei etwa 6,5 m/s. Diese Geschwindigkeit wird vorteilhafterweise nach dem Schließen des Gießzylinders mittels einer Geschwindigkeitsregelung als konstanter Wert eingeregelt. Beispielsweise kann dieser konstante Wert über eine Vorschubstrecke von mindestens 50 %, also zum Beispiel über 60 % der gesamten Kolbenbewegung beibehalten werden. Insbesondere zum Ende des geschwindigkeitsgeregelten Vorschubes kann, beispielsweise für die maximal 5 % des gesamten Vorschubes, der Sollwert der Geschwindigkeitsregelung erheblich, zum Beispiel um mehr als 50 % reduziert werden, so dass sich am Ende der Vorschubbewegung ein kontrollierter Abbau der Kolbengeschwindigkeit ergibt. So kann ein zusätzlicher Verschleiß der Anlage durch einen auf das Ende des Gießzylinders mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden Gießkolben vermieden werden. Es ist aber auch denkbar, die gesamte Vorschubstrecke, die mittels einer Geschwindigkeitsregelung gesteuert wird, mit einer konstanten Geschwindigkeit abzufahren. The speed of the casting piston in the casting cylinder determines the porosity of the cast body. Speed values of at least 2 m / s, preferably at least 6 m / s lead to satisfactory results. For example, it is about 6.5 m / s. This speed is advantageously adjusted after closing the casting cylinder by means of a speed control as a constant value. For example, this constant value over a feed distance of at least 50%, so for example over 60% of the total piston movement can be maintained. In particular, at the end of the speed-controlled feed, for example, for the maximum of 5% of the total feed, the target value of the speed control considerably, for example, be reduced by more than 50%, so that at the end of the feed movement results in a controlled reduction of the piston speed. Thus, additional wear of the system can be avoided by a casting piston striking the end of the casting cylinder at high speed. However, it is also conceivable to travel the entire feed path, which is controlled by means of a speed control, at a constant speed.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die Vorwärtsbewegung des Gießkolbens von der Geschwindigkeitsregelung beim Vorschub auf eine Druckregelung beim Nachdrücken des Gießkolbens in dem Gießzylinder umgestellt. Beim Nachdrücken kann ein konstanter Druck bis zum Erstarren der Druckgusslegierung ausgeübt werden. Der Druck kann beispielsweise über eine Sekunde oder weniger, insbesondere über nicht mehr als 0,5 Sekunden, ausgeübt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, Druckwerte von 50 MPa nicht zu überschreiten, also beispielsweise weniger als 25 MPa zu verwenden. In einer Ausführungsform wurde ein Druck von 16 MPa eingesetzt.In an advantageous embodiment of the invention, the forward movement of the casting piston is changed over from the speed control during the feed to a pressure control when the casting piston is pressed in the casting cylinder. When repressing a constant pressure can be exercised until solidification of the die-cast alloy. The pressure may, for example, be applied for one second or less, in particular not more than 0.5 seconds. In this case, it is advantageous not to exceed pressure values of 50 MPa, that is to say to use, for example, less than 25 MPa. In one embodiment, a pressure of 16 MPa was used.

Um ein gleiches Volumen zu verdrängen, muss ein Gießkolben von geringerem Durchmesser weiter nach vorne vorgeschoben werden als ein Gießkolben von größerem Durchmesser. Eine Verdrängung dieses Volumens in derselben Zeit resultiert so auch in stark unterschiedliche Geschwindigkeiten des Gießkolbens. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Gießkolbens und seinem Vorschub in dem geschlossenen Gießzylinder wirkt sich damit auch auf die realisierbaren Vorschubgeschwindigkeiten aus. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser und dem Vorschub des Gießkolbens in dem geschlossenen Gießzylinder von höchstens 1:4 bevorzugt. Noch mehr bevorzugt ist ein Verhältnis von 1:5 oder noch kleiner. Das heißt, die Verdrängung des Innenvolumens des Gießzylinders wird weniger durch eine große Stirnfläche des Gießkolbens als vielmehr durch einen höheren Weg und eine höhere Geschwindigkeit des Gießkolbens erreicht.To displace an equal volume, a casting piston of lesser diameter must be advanced further forward than a casting piston of larger diameter. A displacement of this volume in the same time thus results in very different speeds of the casting piston. The ratio between the diameter of the casting piston and its feed in the closed casting cylinder thus also affects the achievable feed rates. In the method according to the invention, a ratio between the diameter and the feed of the casting piston in the closed casting cylinder of at most 1: 4 is preferred. Even more preferred is a ratio of 1: 5 or even smaller. That is, the displacement of the inner volume of the casting cylinder is achieved less by a large end face of the casting piston than by a higher path and a higher speed of the casting piston.

Ein Anteil der Poren an dem Volumen des Formkörpers mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von 40% ist durchaus erreichbar. Durch geeignete Wahl der Verfahrensparameter mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden beispielsweise stabile Anteile der Poren in einem Bereich von 20–25 % eingestellt, ohne die Integrität der hergestellten Formkörper zu beeinträchtigen oder wesentliche Einbußen im Durchsatz der Gießanlage hinzunehmen. Dies bedeutet eine Einsparung an Druckgusslegierung und eine Gewichtsreduktion in eben dieser Größe.A proportion of the pores in the volume of the molding with the method according to the invention of 40% is quite achievable. By a suitable choice of the process parameters with the method according to the invention, for example, stable proportions of the pores were set in a range of 20-25%, without impairing the integrity of the molded bodies produced or accepting substantial losses in the throughput of the casting plant. This means a savings in die-cast alloy and a weight reduction in just this size.

Bei der Druckgusslegierung kann es sich insbesondere um eine Aluminiumlegierung handeln. Erfolgreich wurde das erfindungsgemäße Verfahrens mit einer Umschmelzlegierung 331 (G Al Si 12 Cu1 (Fe)) durchgeführt. The diecasting alloy may in particular be an aluminum alloy. The process according to the invention was successfully carried out with a remelting alloy 331 (G AlSi 12 Cu1 (Fe)).

Da die Druckgusslegierung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren frei von irgendwelchen Gas freisetzenden Additiven ist, sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formkörper problemlos zu recyceln. Since the diecasting alloy is free of any gas-releasing additives in the inventive method, moldings produced by the process according to the invention are easy to recycle.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, the following applies: Further features can be found in the drawings. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht. The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". For example, when talking about an element, it should be understood that there is exactly one element, two elements or more elements. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen. The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. The invention will be explained and described in more detail below with reference to the accompanying drawings.

1 ist ein Längsschnitt durch einen Gießzylinder mit daran angeordneten Gießkolben einer ansonsten nicht weiter dargestellten Druckgussmaschine. 1 is a longitudinal section through a casting cylinder arranged thereon casting piston of a die-casting machine otherwise not shown.

2 ist ein Geschwindigkeitsprofil über den Vorschub des Gießkolbens in dem Gießzylinder gemäß 1 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. 2 is a velocity profile on the feed of the casting piston in the casting cylinder according to 1 in the method according to the invention.

3 ist ein Detail eines vergrößerten Längsschnitts durch den Gießzylinder gemäß 1 beim schnellen Vorschieben des Gießkolbens mit der höchsten Geschwindigkeit gemäß 2; und 3 is a detail of an enlarged longitudinal section through the casting cylinder according to 1 during rapid advancement of the casting piston at the highest speed according to 2 ; and

4 ist ein Druckprofil über der Zeit beim Nachdrücken mit dem Gießkolben gemäß 1 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. 4 is a pressure profile over time when pressed with the casting piston according to 1 in the method according to the invention.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

In 1 ist schematisch ein Gießzylinder 1 einer nicht weiter dargestellten Druckgussmaschine dargestellt. Von dem Gießzylinder 1 geht ein Angussverteiler 2 aus, der sich zu mehreren Angusskanälen 9 verzweigen kann, die dann in eine Formkavität 8 münden. Diese Formkavität 8 hat eine Negativform von herzustellenden Formkörpern. Hergestellt werden diese Formkörper aus einer Druckgusslegierung 3, die in flüssigem Zustand, d. h. als Schmelze, in den Gießzylinder 1 über eine Einfüllöffnung 4 eingefüllt wird. Indem ein Gießkolbens 5 in dem Gießzylinder 1 vorgeschoben wird, wird die flüssige Druckgusslegierung 3 durch den Angussverteiler 2 in die Formkavität eingepresst. Sobald der Gießkolben 5 in Vorschubrichtung hinter die Einfüllöffnung 4 gelangt, verschließt er den Gießzylinder 1. An diesem Punkt ist der Füllungsgrad des Gießzylinders 1 mit der Druckgusslegierung 3 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so gering, dass der geschlossene Gießzylinder 1 nur zu beispielsweise etwa 1/7 die Druckgusslegierung 3 und ansonsten Luft enthält. In 1 is schematically a casting cylinder 1 a die-casting machine, not shown. From the casting cylinder 1 goes a sprue distributor 2 out, leading to several sprue channels 9 can branch, which then into a mold cavity 8th lead. This mold cavity 8th has a negative mold of molded articles to be produced. These moldings are made of a die-cast alloy 3 , in the liquid state, ie as a melt, in the casting cylinder 1 via a filling opening 4 is filled. By a casting piston 5 in the casting cylinder 1 is advanced, the liquid die casting alloy 3 through the sprue distributor 2 pressed into the mold cavity. As soon as the casting piston 5 in the feed direction behind the filling opening 4 When it reaches it, it closes the casting cylinder 1 , At this point is the degree of filling of the casting cylinder 1 with die-cast alloy 3 in the method according to the invention so low that the closed casting cylinder 1 only about 1/7, for example, the diecasting alloy 3 and otherwise contains air.

2 ist ein Geschwindigkeitsprofil des Gießkolbens 5 über seinen Vorschub in dem Gießzylinder 1 gemäß 1. In einem Bereich I bewegt sich der Gießkolben 5 mit geringer Geschwindigkeit. Nach einem Weg S₁ hat er den Gießzylinder 1 gemäß 1 verschlossen, indem er bis zum Ende der Einfüllöffnung 4 vorgeschoben wurde. Dann wird die Geschwindigkeit des Gießkolbens 5 auf einen Maximalwert V_max erhöht, beispielsweise auf 5 m/s. Diese Geschwindigkeit V_max wird im Bereich II bis kurz vor Ende der Vorschubstrecke S₂ aufrecht gehalten, wo der Gießkolben 5 gegen Ende seines Vorschubs in den Gießzylinder 1 optional durch Einstellen eines zweiten Geschwindigkeitswertes abgebremst wird. Hierbei ist es nicht entscheidend, ob der als Sollwert eingestellte zweite Geschwindigkeitswert bis zum Erreichen des Vorschubes S₂ überhaupt erreicht wird. In dem Bereich II wird die Durchmischung von Schmelze und Luft bewerkstelligt und die Formkavität mit dem Gemisch der Druckgusslegierung 3 und der im Gießzylinder 1 eingeschlossenen Luft gefüllt. 2 is a velocity profile of the casting piston 5 about his feed in the casting cylinder 1 according to 1 , In a region I, the casting piston moves 5 at low speed. After a way S _{1 he} has the casting cylinder 1 according to 1 closed by passing it to the end of the filling opening 4 was advanced. Then the speed of the casting piston 5 increased to a maximum value V _max , for example, on 5 m / s. This speed V _max is maintained in the region II until shortly before the end of the feed distance S ₂ , where the casting piston 5 towards the end of his feed into the casting cylinder 1 optionally braked by setting a second speed value. In this case, it is not decisive whether the second speed value set as the setpoint value is actually reached until the feed S ₂ is reached. In the area II, the mixing of melt and air is accomplished and the mold cavity with the mixture of the die-cast alloy 3 and in the casting cylinder 1 filled air filled.

Während des schnellen Vorschubs des Gießkolbens 5 in dem Gießzylinder 1 zwischen S₁ und S₂ gemäß 2 wird somit die Grundlage für das Einmischen des Gases 6 in die Druckgusslegierung 3 bis spätestens beim Eintritt in die Formkavität gelegt. 3 skizziert, dass durch das schnelle Vorschieben des Gießkolbens 5 in dem Gießzylinder 1 die darin befindliche flüssige Druckgusslegierung 3 nach oben vorne umgelenkt wird und so ein überschlagende Welle 7 in das Gas 6 hinein ausbildet. Das derart eingeschlagene Gas tritt mit der Druckgusslegierung 3 in den Verteiler 2 gemäß 1 und die sich anschließenden Angusskanäle 9 ein. Die sich aus dem Gießzylinder 1 fortsetzende turbulente Strömung der flüssigen Druckgusslegierung 3 resultiert dabei in eine feine Verteilung von Blasen aus dem Gas 6 in dem sich in der Formkavität ausbildenden Formkörper. Diese Blasen bilden zum größten Teil geschlossene Poren in dem Formkörper aus und definieren somit die Porosität des gegossenen Formkörpers.During the fast feed of the casting piston 5 in the casting cylinder 1 between S ₁ and S ₂ according to 2 thus becomes the basis for the mixing in of the gas 6 into the die-cast alloy 3 placed at the latest when entering the mold cavity. 3 outlined that by the rapid advancement of the casting plunger 5 in the casting cylinder 1 the liquid die casting alloy contained therein 3 is deflected to the top and so an overturning wave 7 in the gas 6 into it. The gas taken in this way occurs with the diecasting alloy 3 in the distributor 2 according to 1 and the adjoining sprue channels 9 one. Deriving from the casting cylinder 1 continuing turbulent flow of the liquid die casting alloy 3 This results in a fine distribution of bubbles from the gas 6 in which form in the mold cavity Moldings. These bubbles largely form closed pores in the molding and thus define the porosity of the molded molding.

4 zeigt ein beispielhaftes Druckprofil über der Zeit t, das die Druckverhältnisse im Gießzylinder 1 während des Vorschubes im Bereich I und II, sowie während eines anschließenden Nachdrückens im Bereich III darstellt. Hierbei entspricht der Zeitpunkt t₁ dem Vorschub S₁, und der Zeitpunkt t₂ dem Vorschub S₂, bei dem die Kolbenbewegung im Wesentlichen endet und der Nachdrückschritt beginnt. Während des Nachdrückprozesses im Bereich III wird im Wesentlichen ein konstanter Druck P_Nach auf den Gießkolben 5 ausgeübt, der dem Zweck der Verdrängung von verbleibenden größeren zusammenhängenden Gasvolumina dient, wobei die gewünschten feinporigen Gaseinschlüsse, die die Porosität definieren, verbleiben. Hierdurch wird eine vollständige Füllung der Formkavität 5 mit einer porösen Füllung der Druckgusslegierung 3 bis zum Zeitpunkt t₃ erreicht. Ein geringer weiterer Vorschub des Gießkolbens 5 während der Nachdrückphase als Folge der Verdrängung ist in der Darstellung des Geschwindigkeitsprofils gemäß 2 vernachlässigt. Der Nachdrückprozess kann eine Dauer von beispielsweise zwischen 0,5 und 1 Sekunde haben und wird vorzugsweise auf die Dauer bis zum Erstarren der Druckgusslegierung abgestimmt. Nach dem Erstarren der Druckgusslegierung ist ein Aufrechterhalten des Nachdruckes nicht mehr erforderlich. 4 shows an exemplary pressure profile over the time t, the pressure conditions in the casting cylinder 1 during the feed in the area I and II, as well as during a subsequent Nachdrückens in the area III represents. Here, the time t ₁ corresponds to the feed S ₁ , and the time t _{2 to} the feed S ₂ , in which the piston movement substantially ends and the Nachdrückschritt begins. During the Nachdrückprozesses in the area III is essentially a constant pressure P _Nach on the casting 5 which serves the purpose of displacing remaining larger contiguous volumes of gas, leaving the desired microporous gas inclusions defining the porosity. This will be a complete filling of the mold cavity 5 with a porous filling of the diecasting alloy 3 achieved until time t ₃ . A small further feed of the casting piston 5 during the emphasis phase as a result of the displacement is in the representation of the velocity profile according to 2 neglected. The forcing process may have a duration of, for example, between 0.5 and 1 second, and is preferably tuned for the duration until the die cast alloy solidifies. After solidification of the diecasting alloy, maintaining the reprinting is no longer necessary.

Auf einer Druckgussmaschine Frech DAK 100–112 aus einer Umschmelzlegierung 331 bei Verwendung eines Gießzylinders mit einem geschlossenen Innenvolumen von etwa 4.400 cm³, in das etwa 620 cm³ Druckgusslegierung und ansonsten Luft eingeschlossen wurden, und eines Gießkolbens 5 mit einem Durchmesser von etwa 10 cm und einem Vorschub in dem geschlossenen Gießzylinder 1 von etwa 55 cm wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Formkörper mit einem stabilen Porenanteil von 20–25 % hergestellt. Hierbei wurden die folgenden Parameter verwendet. Phase Kolben-Vorschub Geschwindigkeit/Druck (Sollwert) I Verschließen 0–120 mm 0,2 m/s II Druckguß 120–640 mm 5,0 m/s II Nachlauf 640–665 mm 2,0 m/s III Nachdruck 0–1 sec 16 MPa In a die casting machine Frech DAK 100-112 from a Umschmelzlegierung 331 when using a casting cylinder having a closed inner volume of about 4,400 cm ^3, in the about 620 cm ³ diecasting alloy and is otherwise air were included, and a casting plunger 5 with a diameter of about 10 cm and a feed in the closed casting cylinder 1 of about 55 cm, moldings having a stable pore content of 20-25% were produced by the process according to the invention. The following parameters were used. phase Piston feed Speed / pressure (setpoint) I close 0-120 mm 0.2 m / s II Diecast 120-640 mm 5.0 m / s II trailing 640-665 mm 2.0 m / s III reprint 0-1 sec 16 MPa

Die maximale Vorschubgeschwindigkeit des Gießkolbens, die direkt nach dem Verschließen der Einfüllöffnung bei einem Vorschub von 120 mm mittels einer Geschwindigkeitsregelung eingestellt wurde, betrug dabei 5 m/s. Bei einem sich durch die Bewegung einstellenden Druck von ca. 4 MPa wurde das Legierung-Luft-Gemisch in die Formkavität gepresst. Anschließend wurde von der Geschwindigkeitssteuerung des Gießkolbens auf eine Drucksteuerung des Gießkolbens umgestellt. Beim folgenden Nachdrücken des Gießkolbens wurde ein Maximaldruck P_Nach von 16 MPa erreicht. Die Poren waren geschlossen, in den Formkörpern fein verteilt und beeinträchtigten deren Oberflächenqualität nicht.The maximum feed rate of the casting piston, which was set directly after closing the filling opening at a feed rate of 120 mm by means of a speed control, was 5 m / s. At a pressure of about 4 MPa due to the movement, the alloy-air mixture was pressed into the mold cavity. Subsequently, the speed control of the casting piston changed over to a pressure control of the casting piston. At subsequent pressing in the casting plunger, a maximum pressure P of 16 MPa _After achieved. The pores were closed, finely distributed in the moldings and did not affect their surface quality.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Gießzylinder casting cylinder
22: Angussverteiler runner
33: Druckgusslegierung Die-cast alloy
44: Einfüllöffnung fill opening
55: Gießkolben casting plunger
66: Gas gas
77: überschlagende Welle sweeping wave
88th: Formkavität mold cavity
99: Angusskanal runner
SS: Weg path
tt: Zeit Time
VV: Geschwindigkeit speed
pp: Druck print

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2002/0121157 A1 [0004]
US 2003/0049150 A1 [0004]
FR 2921281 [0005]
US 3177574 [0005]
EP 1288320 B1 [0006]

Claims

Method for die casting with gas ( 6 ) filled pores made of a die-cast alloy ( 3 ), wherein the liquid diecasting alloy ( 3 ) together with the gas ( 6 ) is pressed into a mold cavity, which has a negative mold of the moldings, characterized in that the gas ( 6 ) and the diecasting alloy ( 3 ) without prior mixing together in a casting cylinder ( 1 ) and that a casting piston ( 5 ) at such a selected speed (V) in the casting cylinder ( 1 ), that the gas ( 6 ) and the liquid diecasting alloy ( 3 ) until the entry into the mold cavity at the latest.

Method according to claim 1, characterized in that the casting cylinder ( 1 ) when closing a maximum of half, preferably a maximum of one quarter, with the liquid die casting alloy ( 3 ) and otherwise with the gas ( 6 ) is filled out.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the gas ( 6 ) Air is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the speed (V) of the casting piston ( 5 ) in the casting cylinder ( 1 ) is selected such that an overturning wave ( 7 ) of the liquid diecasting alloy ( 3 ) in the casting cylinder ( 1 ) trains.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the Gießkoben ( 5 ) at such a selected speed (V) in the casting cylinder ( 1 ) is advanced, that a turbulent flow from the gas ( 6 ) and the liquid diecasting alloy ( 3 ) in the casting cylinder ( 1 ) and / or a subsequent sprue distributor ( 2 ) trains.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the speed (V) of the casting piston ( 5 ) in the casting cylinder ( 1 ) is at least 2 m / s, preferably at least 6 m / s.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a ratio between the diameter of the casting piston ( 5 ) and the feed of the casting piston ( 5 ) in the closed casting cylinder ( 1 ) is at most 1: 4, preferably at most 1: 5.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the casting piston ( 5 ) after closing the casting cylinder ( 1 ) at a constant first speed (V) in the casting cylinder ( 1 ) is advanced.

A method according to claim 8, characterized in that the constant first speed (V) of the casting piston ( 5 ) after closing the casting cylinder ( 1 ) over at least 50%, preferably at least 60%, of the path (S) of the casting piston ( 5 ) in the casting cylinder ( 1 ) is maintained.

Method according to claim 8 or 9, characterized in that the casting piston ( 5 ) after advancement at the constant first speed (V) will be advanced at a second speed which is at least 50% less than the first speed.

Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that at the end of the forward movement of the casting piston ( 5 ) in the casting cylinder ( 1 ) from a speed control during the feed to a pressure control when pressing the casting plunger ( 5 ) in the casting cylinder ( 1 ) is converted.

Method according to claim 11, characterized in that, when the casting plunger is pressed further ( 5 ) in the casting cylinder ( 1 ) the pressure (P _after ) until solidification of the diecasting alloy ( 3 ) is kept constant.

Method according to claim 11 or 12, characterized in that when the casting plunger is pressed in ( 5 ) in the casting cylinder ( 1 ) the pressure (P _Nach ) is at most 50 MPa, preferably below 25 MPa, in particular not more than 16 MPa.

Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the casting piston ( 5 ) is pressed for not more than 1 second, preferably not more than 0.5 seconds.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the casting piston ( 5 ) during the forward movement in the casting cylinder ( 1 ) is rotated.