DE102014001958B3 - Apparatus and method for processing cast workpieces - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Gusswerkstücken (300), umfassend:
– eine Presse, mit einem Pressentisch und einem hierzu relativbeweglichen Pressenstößel;
– ein Werkzeug (100), dessen Werkzeugunterteil (120) auf dem Pressentisch angeordnet und dessen Werkzeugoberteil (110) am Pressenstößel befestigt ist, wobei ein zu bearbeitendes Gusswerkstück (300) durch Absenken des Werkzeugoberteils (110) in definierter Lage zwischen dem Werkzeugunterteil (120) und dem Werkzeugoberteil (110) fixiert werden kann;
– wenigstens eine Trenneinrichtung, mit der Gießreste (310, 320) von einem im Werkzeug (100) fixierten Gusswerkstück (300) entfernt werden können; und
– wenigstens eine Kühleinrichtung, mit der das im Werkzeug (100) fixierte Gusswerkstück (300) vor, während und/oder nach dem Entfernen der Gießreste (310, 320) gezielt abgekühlt werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bearbeitung eines Gusswerkstücks (300) unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for processing cast workpieces (300), comprising:
- A press, with a press table and a relatively movable press ram;
- A tool (100) whose lower tool part (120) arranged on the press table and the upper tool part (110) is fixed to the press ram, wherein a cast workpiece (300) by lowering the upper tool part (110) in a defined position between the lower tool part (120 ) and the tool upper part (110) can be fixed;
- At least one separating device, can be removed with the casting residues (310, 320) of a in the tool (100) fixed cast workpiece (300); and
- At least one cooling device with which in the tool (100) fixed cast workpiece (300) before, during and / or after the removal of the casting remnants (310, 320) can be selectively cooled.
The invention further relates to a method of machining a cast workpiece (300) using such a device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abkühlen eines Gusswerkstücks und zum Entfernen von Gießresten vom Gusswerkstück.The invention relates to a device for cooling a cast workpiece and for removing pouring residues from the cast workpiece.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abkühlen eines Gusswerkstücks und zum Entfernen von Gießresten vom Gusswerkstück.The invention further relates to a method of cooling a cast workpiece and removing cast debris from the cast workpiece.
Zur Herstellung eines Gussbauteils wird Gießschmelze in eine Gießform eingebracht. Nach dem Erstarren der Gießschmelze kann der Rohling des Gussbauteils (nachfolgend allgemein als Gusswerkstück bezeichnet) entnommen und optional noch einer Wärmebehandlung mit unterschiedlicher Zielsetzung unterzogen werden. Ferner müssen noch die Gießreste vom Gusswerkstück entfernt werden. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Abfolgen zur Herstellung eines Gussbauteils bekannt, wozu auf die Patentschriften
Das Entfernen der Gießreste umfasst das Abtrennen der Anguss-, Speiser- und Überlaufsysteme, sowie auch das Entfernen von Gussgraten. Das Abtrennen der Anguss-, Speiser- und Überlaufsysteme kann mittels Schneiden (bspw. Plasmaschneiden, Wasserstrahlschneiden, Laserschneiden, Klingenschneiden), Abscheren, Absägen, Abstanzen oder dergleichen erfolgen. Das Entfernen von Gussgraten kann mit Hilfe einer so genannten Entgratpresse erfolgen. Eine Entgratpresse ist aus der Patentschrift
Die den nächstliegenden Stand der Technik bildende
- – eine Druckguss-Maschine,
- – eine Kühlstation bzw. einen Kühlbehälter,
- – eine Entgratpresse (mit darin eingebautem Werkzeug) und
- – eine Entnahmevorrichtung (mit Greifeinheit)
- A die-casting machine,
- A cooling station or a cooling container,
- - A trimming press (with built-in tool) and
- - a sampling device (with gripping unit)
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten aufzuzeigen, wie die Herstellung eines Gussbauteils optimiert werden kann.The invention has for its object to show ways how the production of a cast component can be optimized.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 5. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.This object is achieved by a device according to the invention with the features of claim 1. The object is further achieved by an inventive method with the features of the independent claim 5. Preferred developments and refinements are analogous to both subject invention both from the dependent claims and from the following explanations.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst:
- – eine Presse bzw. Entgratpresse, mit einem Pressentisch und einem hierzu relativbeweglichen Pressenstößel;
- – ein Werkzeug bzw. Entgratwerkzeug mit einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil, dessen Werkzeugunterteil auf dem Pressentisch angeordnet und dessen Werkzeugoberteil am Pressenstößel befestigt ist, wobei ein zu bearbeitendes Gusswerkstück durch Schließen des Werkzeugs, insbesondere durch Absenken des Werkzeugoberteils und/oder durch gleichwirkendes Anheben des Werkzeugunterteils, in definierter Lage zwischen dem Werkzeugunterteil und dem Werkzeugoberteil fixiert werden kann;
- – wenigstens eine Trenneinrichtung mit der Gießreste von einem im Werkzeug fixierten Gusswerkstücks entfernbar sind bzw. entfernt werden können; und
- – wenigstens eine Kühleinrichtung, mit der das im Werkzeug fixierte Gusswerkstück vor, während und/oder nach dem Entfernen der Gießreste gezielt abkühlbar ist bzw. abgekühlt werden kann.
- - A press or trimming press, with a press table and a relatively movable press ram;
- - A tool or deburring tool with a tool upper part and a lower tool part, the lower tool part is arranged on the press table and the upper tool part is attached to the press ram, wherein a cast workpiece to be machined by closing the tool, in particular by lowering the upper tool and / or by gleichwirkendes lifting the lower tool part , Can be fixed in a defined position between the lower tool part and the upper tool part;
- - At least one separating device can be removed with the casting remains of a tool fixed in the casting workpiece or can be removed; and
- - At least one cooling device with which the fixed in the tool casting workpiece before, during and / or after the removal of the casting remains selectively cooled or can be cooled.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Bündeln mehrerer Arbeitsschritte (Kühlen bzw. Abschrecken, Entgraten und Richten, wozu bislang verschiedene Vorrichtungen erforderlich waren) und deren Ausführung bzw. Durchführung innerhalb eines Arbeitsgangs, ohne dass das bearbeitete Gusswerkstück hierzu zwischen verschiedenen Vorrichtungen transportiert werden muss. Dadurch werden Platz- bzw. Raumbedarfe, Fertigungszeiten und Kosten (Investitions- und Herstellungskosten) reduziert. Das zu bearbeitende Gusswerkstück wird in einem noch warmen bzw. heißen Zustand (bspw. 200°C bis 450°C) der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt und in das Werkzeug eingelegt. Ein vorausgehendes Abkühlen und/oder Zwischenlagern des zu bearbeitenden Gusswerkstücks ist also nicht erforderlich.The device according to the invention makes it possible to bundle several working steps (cooling or quenching, deburring and straightening, for which various devices were previously required) and their execution or execution within one operation, without the machined cast workpiece having to be transported between different devices for this purpose. As a result, space or space requirements, production times and costs (investment and manufacturing costs) are reduced. The cast workpiece to be machined is fed in a still hot or hot state (eg. 200 ° C to 450 ° C) of the device according to the invention and inserted into the tool. A preliminary cooling and / or intermediate storage of the cast workpiece to be machined is therefore not required.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einerseits das gezielte Abkühlen eines nach dem Entformen oder Wärmebehandeln noch warmen Gusswerkstücks. Bei dem gezielten Abkühlen handelt es sich bevorzugt um ein Abschreckkühlen, wie nachfolgend noch näher erläutert. Das Gusswerkstück wird hierzu zwischen dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil fixiert. Die Fixierung verhindert, dass sich das Gusswerkstück beim Abkühlen verziehen bzw. verformen kann. Durch die Fixierung ist es dem Gusswerkstück also nicht möglich, außerhalb zulässiger Toleranzen von einem vorgegebenen Sollmaß abzuweichen. Das hergestellte Gussbauteil weist somit eine hohe Maßgenauigkeit auf. Ein nachfolgender Richtvorgang in einem Richtwerkzeug, Richtgestell oder dergleichen ist nicht erforderlich. Das Gusswerkstück ist nach dem Entnehmen aus dem zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörenden Werkzeug weiterverarbeitungsfertig.On the one hand, the device according to the invention makes it possible to specifically cool a cast workpiece which is still warm after demoulding or heat treatment. The targeted cooling is preferably a quench cooling, as explained in more detail below. For this purpose, the cast workpiece is fixed between the upper part of the tool and the lower part of the tool. The fixation prevents the cast workpiece from warping or deforming during cooling. Due to the fixation, it is therefore not possible for the cast workpiece deviate from a given nominal dimension outside permissible tolerances. The cast component thus produced has a high dimensional accuracy. A subsequent straightening process in a straightening tool, straightening rack or the like is not required. The cast workpiece is ready for further processing after removal from the tool belonging to the device according to the invention.
Das Abkühlen erfolgt mit Hilfe wenigstens einer zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörenden Kühleinrichtung. Bevorzugte Kühleinrichtungen werden nachfolgend noch näher erläutert. Abhängig von Art, Ausgestaltung und Anordnung der wenigstens einen Kühleinrichtung kann, je nach Zielsetzung, eine homogene oder inhomogene Kühlung des Gusswerkstücks erzielt werden. Das Werkzeug ist derart gestaltet, dass ein kühlendes Fluid (bspw. Luft, Sprühnebel, Wasser, Öl und dergleichen) in geeigneter Art und Weise mit dem zu kühlenden (und fixierten) Gusswerkstück in Kontakt gelangen kann, was durch konstruktive Ausgestaltung im Rahmen des fachmännischen Wissens und Könnens möglich ist.The cooling takes place with the aid of at least one cooling device belonging to the device according to the invention. Preferred cooling devices will be explained in more detail below. Depending on the type, design and arrangement of the at least one cooling device, depending on the objective, a homogeneous or inhomogeneous cooling of the cast workpiece can be achieved. The tool is designed such that a cooling fluid (eg. Air, spray, water, oil and the like) in a suitable manner with the cooled (and fixed) cast workpiece can come into contact, which by design in the context of expert Knowledge and ability is possible.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht andererseits auch das Entfernen von Gießresten vom Gusswerkstück. Das Entfernen der Gießreste kann vor oder während dem gezielten Abkühlen erfolgen. Bevorzugt erfolgt das Entfernen der Gießreste am Ende des Abkühlvorgangs oder nach dem Abkühlvorgang, insbesondere direkt nach dem Abkühlvorgang. Das Abkühlen und Entfernen der Gießreste erfolgt somit zeitversetzt, jedoch so zeitnah wie möglich, innerhalb eines zeitlich begrenzten Arbeitsgangs und somit im Wesentlichen zeitgleich. Das Gusswerkstück bleibt nach dem Abkühlen zum Entfernen der Gießreste zwischen dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil des Werkzeugs fixiert. Bei den zu entfernenden Gießresten handelt es sich insbesondere um Gussgrate, wie bspw. Gussformtrenngrate. Bei den zu entfernenden Gießresten kann es sich aber auch um Anguss-, Speiser- und Überlaufsysteme oder Reste hiervon handeln. Ebenso kann es sich auch um vergossene Durchbrüche, Löcher oder dergleichen handeln.On the other hand, the device according to the invention also makes it possible to remove casting residues from the cast workpiece. The removal of the casting residues can be done before or during the targeted cooling. Preferably, the removal of the casting residues takes place at the end of the cooling process or after the cooling process, in particular directly after the cooling process. The cooling and removal of the casting residues is thus delayed, but as soon as possible, within a time-limited operation and thus substantially the same time. The cast workpiece remains fixed after cooling to remove the casting residue between the upper die and the lower tool part of the tool. The casting remnants to be removed are, in particular, cast burrs, such as, for example, cast-formed burrs. The casting remnants to be removed may also be sprue, riser and overflow systems or residues thereof. Likewise, it may also be potted openings, holes or the like.
Das Entfernen von Gießresten erfolgt mit Hilfe wenigstens einer zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörenden Trenneinrichtung, d. h. einer Trenneinrichtung zum Entfernen von Gießresten am fixierten Gusswerkstück. Bevorzugt handelt es sich um eine mechanische Trenneinrichtung (bspw. Schneidmesser und Schneidmatrize), die elektrisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder mechanisch (bspw. mittels Keilschieber) betätigbar ist. Die Trenneinrichtung kann auch zum Plasmaschneiden, Wasserstrahlschneiden, Laserschneiden, Abscheren, Absägen oder dergleichen ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Trenneinrichtung Bestandteil des Werkzeugs und ist somit baulich in das Werkzeug integriert.The removal of casting residues takes place with the aid of at least one separating device belonging to the device according to the invention, i. H. a separator for removing pouring residue on the fixed cast workpiece. It is preferably a mechanical separating device (eg cutting blade and cutting die) which can be actuated electrically, hydraulically, pneumatically and / or mechanically (for example by means of a wedge slide). The separating device can also be designed for plasma cutting, water jet cutting, laser cutting, shearing, sawing or the like. Preferably, the separator is part of the tool and is thus structurally integrated into the tool.
Ferner kann wenigstens eine Trenneinrichtung auch zum Einbringen und insbesondere Ausstanzen von Durchbrüchen und Löchern im Gusswerkstück, die gießtechnisch zunächst vergossen sind, ausgebildet sein. Auch solche verschlossenen Durchbrüche und Löcher können als zu entfernende Gießreste aufgefasst werden.Furthermore, at least one separating device can also be designed for introducing and, in particular, punching through openings and holes in the cast workpiece, which are initially cast by casting. Even such closed openings and holes can be considered as remnants to be removed.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Werkzeugoberteil und/oder das Werkzeugunterteil des Werkzeugs mit Klemmmitteln und insbesondere mit korrespondierenden Klemmmitteln ausgestattet sind, zwischen denen das zu bearbeitende bzw. zu entgratende Gusswerkstück durch Klemmung in definierter Lage bzw. lagedefiniert (d. h. mit definierter Position und Ausrichtung) fixierbar ist bzw. fixiert werden kann. Je nach Ausgestaltung der Klemmmittel kann eine punktuelle oder flächige Klemmung des Gusswerkstücks erfolgen. Bei diesen Klemmmitteln kann es sich bspw. um Niederhalter und Gegenhalter handeln. Die Klemmmittel und insbesondere die Niederhalter und Gegenhalter können mit Kühleinrichtungen, wie bspw. Kühlrippen oder kühlfluiddurchströmbare Kühlkanäle, ausgebildet sein, womit auch bereits beim Klemmen ein lokales aktives Kühlen der geklemmten Gusswerkstückbereiche, und gegebenenfalls auch der angrenzenden Gusswerkstückbereiche, ermöglicht wird. Ebenso können die Klemmmittel thermisch isoliert ausgebildet sein, um ein Abkühlen der geklemmten Gusswerkstückbereiche zu verhindern. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Klemmmittel beheizbar ausgebildet sind und somit aktiv beheizt werden können. Durch diese Maßnahmen (Kühlen, Isolieren und/oder Beheizen der Klemmmittel) können gezielt lokale Gusswerkstückeigenschaften eingestellt werden, bspw. derart, dass die geklemmten Gusswerkstückbereiche und die daran angrenzenden Werkstückbereiche im Hinblick auf das Abtrennen der Gießreste weich sind, also keine Festigkeitssteigerung erfahren.It is preferably provided that the upper tool part and / or the lower tool part of the tool are equipped with clamping means and in particular with corresponding clamping means, between which the cast workpiece to be machined or deburred by clamping in a defined position or position (ie with defined position and orientation) can be fixed or fixed. Depending on the design of the clamping means, a punctiform or planar clamping of the cast workpiece can take place. These clamping means may, for example, be hold-downs and counter-holders. The clamping means and in particular the hold-downs and counter-holders can be formed with cooling devices, such as cooling fins or cooling fluid-flowable cooling channels, thus enabling even locally a local active cooling of the clamped cast workpiece sections, and optionally also of the adjacent cast workpiece sections even during clamping. Likewise, the clamping means may be formed thermally insulated to prevent cooling of the clamped Gusswerkstückbereiche. Furthermore, it can be provided that the clamping means are designed to be heatable and thus can be actively heated. By means of these measures (cooling, isolating and / or heating of the clamping means), local cast workpiece properties can be adjusted in a targeted manner, for example such that the clamped cast workpiece areas and the adjacent workpiece areas are soft with regard to the separation of the casting residues, ie no increase in strength.
Die Klemmmittel sind bevorzugt derart angeordnet und ausgebildet, dass zumindest relevante Gusswerkstückbereiche, insbesondere spätere Fügeanlagebereiche (Fügeflansche), durch Klemmung fixiert werden können. Durch isolierte und/oder beheizte Klemmmittel können Festigkeitssteigerungen des Gusswerkstoffs in den geklemmten Fügeanlagebereichen verhindert werden, was im Hinblick auf nachfolgende Fügeoperationen vorteilig sein kann.The clamping means are preferably arranged and designed such that at least relevant cast workpiece areas, in particular later joining plant areas (joining flanges), can be fixed by clamping. By means of insulated and / or heated clamping means, increases in strength of the cast material in the clamped joining installation areas can be prevented, which can be advantageous with regard to subsequent joining operations.
Ungeachtet dessen ist bevorzugt vorgesehen, dass das zu bearbeitende Gusswerkstück mit Hilfe der Klemmmittel großflächig fixiert werden kann; d. h. bevorzugt mindestens 25%, besonders bevorzugt mindestens 30% und insbesondere mindestens 35% der Gusswerkstückfläche werden beim Fixieren mit Hilfe der korrespondierenden Klemmmittel abgedeckt.Regardless, it is preferably provided that the cast workpiece to be machined can be fixed over a large area by means of the clamping means; ie preferably at least 25%, more preferably at least 30% and in particular at least 35% of the casting work piece surface to be fixed covered with the help of the corresponding clamping means.
Da das geklemmte Gusswerkstück während des Abkühlens schwindet bzw. schrumpft, sind die Klemmmittel bevorzugt derart ausgebildet, dass das Gusswerkstück einerseits gegen Maßabweichungen fixiert ist, jedoch andererseits auch thermisch schwinden kann. Die Klemmmittel sollen also bevorzugt eine Schwindungskompensation ermöglichen. Ferner sind die Klemmmittel bevorzugt derart ausgebildet, dass beim Abkühlen keine Spannungen auf das Gusswerkstück übertragen werden (außer die zwischen korrespondierenden Klemmmitteln wirksamen Druckspannungen). Beides kann bspw. durch bewegbare, flexible, nachgiebige und/oder federelastische Befestigung bzw. Aufhängung der Klemmmittel erreicht werden.Since the clamped cast workpiece shrinks or shrinks during cooling, the clamping means are preferably designed such that the cast workpiece is on the one hand fixed against dimensional deviations, but on the other hand can also thermally shrink. The clamping means should therefore preferably allow a shrinkage compensation. Furthermore, the clamping means are preferably designed such that no stresses are transferred to the cast workpiece during cooling (except for the compressive stresses acting between corresponding clamping means). Both can be achieved, for example, by movable, flexible, yielding and / or resilient attachment or suspension of the clamping means.
Das zu bearbeitende Gusswerkstück ist insbesondere aus einer Aluminium-Gusslegierung gebildet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das gezielte Abkühlen des Gusswerkstücks ein Abschreckkühlen bzw. Abschrecken ist, wobei das Gusswerkstück innerhalb kurzer Zeit von einer hohen Temperatur auf eine niedrige Temperatur heruntergekühlt wird. Durch das Abschrecken wird in Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit bzw. Abkühlrate die Festigkeit des Gusswerkstoffs gesteigert. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abkühlrate bzw. der Abkühlgradient beim Abschrecken bzw. Abschreckkühlen wenigstens 4 K/sec [Kelvin pro Sekunde], bevorzugt wenigstens 10 K/sec und besonders bevorzugt wenigstens 15 K/sec beträgt. Dadurch sind bei Aluminium-Gusslegierungen Streckgrenzen von bis zu über 200 MPa erreichbar.The cast workpiece to be machined is formed in particular from an aluminum casting alloy. It is preferably provided that the targeted cooling of the cast workpiece is a quench cooling or quenching, wherein the cast workpiece is cooled down from a high temperature to a low temperature within a short time. By quenching, the strength of the casting material is increased depending on the cooling rate or cooling rate. It is preferably provided that the cooling rate or the cooling gradient during quenching or quench cooling is at least 4 K / sec [Kelvin per second], preferably at least 10 K / sec and particularly preferably at least 15 K / sec. As a result, yield strengths of up to more than 200 MPa can be achieved with cast aluminum alloys.
Bei dem herzustellenden Gussbauteil handelt es sich insbesondere um ein Karosseriebauteil. Insbesondere handelt es sich um ein dünnwandiges Strukturgussbauteil, vorzugsweise aus einer Aluminium-Gusslegierung, für Fahrzeugkarosserien, dessen Wanddicke bspw. 1,0 mm bis 6,0 mm beträgt.The cast component to be produced is in particular a body component. In particular, it is a thin-walled structural cast component, preferably made of an aluminum casting alloy, for vehicle bodies whose wall thickness is, for example, 1.0 mm to 6.0 mm.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei der Kühleinrichtung um eine Luftdusche oder Flüssigkeitsdusche, insbesondere Wasserdusche, handelt. Eine solche Kühleinrichtung kann pressenseitig montiert sein oder werkzeugseitig montiert, d. h. baulich in das Werkzeug integriert sein. Mit Hilfe einer Luftdusche bzw. Luftblaseinrichtung (bspw. einem Gebläse) kann wenigstens ein Luftstrahl (gerichteter Luftstrom) auf das zu kühlende Gusswerkstück gerichtet werden. Bevorzugt hat der Luftstrahl Raumtemperatur. Bei ausreichendem Luftstrom kann eine Luftabschreckung erzielt werden (bspw. mit einer Abkühlrate bzw. einem Abkühlgradienten von bis zu 4 K/sec und mehr), wodurch bei Aluminium-Gusslegierungen Streckgrenzen von bis zu 120 MPa und mehr erreichbar sind. Mit Hilfe einer Flüssigkeitsdusche und insbesondere Wasserdusche bzw. Sprüheinrichtung kann wenigstens ein Flüssigkeitsstrahl (gerichteter Flüssigkeitsstrom) bzw. Wasserstrahl (gerichteter Wasserstrom), gegebenenfalls auch ein Sprühnebel (gerichteter Luft-Wasser-Strom), auf das zu kühlende Gusswerkstück gerichtet werden. Bevorzugt weist die Flüssigkeit und insbesondere das Wasser Raumtemperatur auf und/oder kann optional mit Additiven versetzt sein. Bei ausreichendem Flüssigkeitsstrom kann eine Abschreckung mit einer hohen Abkühlrate (bspw. von bis zu 20 K/sec und mehr) erzielt werden, wodurch bei Aluminium-Gusslegierungen Streckgrenzen von bis zu 200 MPa und mehr erreichbar sind.It is preferably provided that the cooling device is an air shower or liquid shower, in particular a water shower. Such a cooling device may be mounted on the press side or mounted on the tool side, d. H. structurally integrated into the tool. With the aid of an air shower or air blowing device (for example a blower), at least one air jet (directed air stream) can be directed onto the cast workpiece to be cooled. Preferably, the air jet has room temperature. With sufficient airflow, air quenching can be achieved (eg, with a cooling rate or cooling gradient of up to 4 K / sec or more), yielding yield strengths of up to 120 MPa and greater for aluminum cast alloys. With the help of a liquid shower and in particular water shower or spraying at least one liquid jet (directed liquid flow) or water jet (directed water flow), optionally also a spray (directed air-water flow), be directed to the cast workpiece to be cooled. The liquid and in particular the water preferably has room temperature and / or may optionally be mixed with additives. With sufficient fluid flow, quenching can be achieved with a high quench rate (eg, up to 20 K / sec and higher), yielding yield strengths of up to 200 MPa and greater for aluminum cast alloys.
Bei der Kühleinrichtung kann es sich auch um ein, insbesondere auf dem Pressentisch angeordnetes, Flüssigkeitsbecken bzw. Flüssigkeitsbad handeln. Bei dem Flüssigkeitsbecken kann es sich bspw. um ein Tauchbecken handeln, in das das Werkzeug einschließlich fixiertem Gusswerkstück eingetaucht werden kann, was bspw. durch Absenken des Werkzeugs und/oder durch Anheben des Flüssigkeitsbeckens bewerkstelligbar ist. Bei dem Flüssigkeitsbecken kann es sich bspw. auch um eine das Werkzeug umgebende Wanne handeln, die mit Wasser, einem Wassergemisch, Öl oder dergleichen geflutet werden kann. Mit Hilfe eines solchen Flüssigkeitsbeckens kann eine homogene Abschreckung mit hoher Abkühlrate (bspw. von bis zu 20 K/sec und mehr) erzielt werden. Die verwendete Flüssigkeit weist bevorzugt Raumtemperatur auf.The cooling device can also be a liquid tank or liquid bath, in particular arranged on the press table. The liquid basin can be, for example, a dip tank into which the tool, including a fixed cast workpiece, can be immersed, which can be accomplished, for example, by lowering the tool and / or lifting the liquid tank. The liquid basin may, for example, also be a bath surrounding the mold, which can be flooded with water, a water mixture, oil or the like. With the help of such a liquid pool, a homogeneous quenching with high cooling rate (eg. Of up to 20 K / sec and more) can be achieved. The liquid used preferably has room temperature.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann mehrere und insbesondere auch verschiedenartige Kühleinrichtungen aufweisen.A device according to the invention can have several and in particular also different types of cooling devices.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bearbeitung eines Gusswerkstücks, insbesondere bei der Herstellung eines Karosseriebauteils, mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfasst die Schritte:
- – lagedefiniertes Fixieren des Gusswerkstücks zwischen den Werkzeugteilen (d. h. zwischen dem Werkzeugoberteil und dem Werkzeugunterteil) des Werkzeugs, was durch Schließen des Werkzeugs und insbesondere durch Absenken des Werkzeugoberteils erfolgt;
- – gezieltes Abkühlen und insbesondere Abschrecken des im Werkzeug fixierten Gusswerkstücks, was mit Hilfe der wenigstens einen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörenden Kühleinrichtung erfolgt;
- – Entfernen der Gießreste von dem fixierten Gusswerkstück vor dem gezielten Abkühlen oder während dem gezielten Abkühlen und insbesondere Entfernen der Gießreste von dem weiterhin im Werkzeug fixierten Gusswerkstück, sobald dieses abgekühlt ist, was mit Hilfe der wenigstens einen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörenden Trenneinrichtung erfolgt.
- - Position-defined fixing of the casting workpiece between the tool parts (ie between the upper tool part and the lower tool part) of the tool, which is done by closing the tool and in particular by lowering the upper tool part;
- - Selective cooling and in particular quenching the fixed in the tool casting work piece, which takes place with the help of at least one device according to the invention associated cooling device;
- Removal of the casting residue from the fixed casting before the targeted cooling or during the targeted cooling and in particular removal of the casting remains of the continue in the Tool fixed cast workpiece as soon as it is cooled, which is done with the help of at least one belonging to the device according to the invention separation device.
Unter einem gezielten Abkühlen wird, im Gegensatz zum freien Abkühlen, das Absenken der Gusswerkstücktemperatur mit einer erzwungenen Abkühlrate verstanden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das gezielte Kühlen bzw. Abkühlen des Gusswerkstücks erst dann beginnt, wenn dieses zwischen den Werkzeugteilen fixiert ist und sich somit nicht verziehen bzw. verformen kann, wobei jedoch eine Schwindung ermöglicht werden soll. Bevorzugt werden die Gießreste entfernt, sobald das Gusswerkstück abgekühlt ist, d. h. eine zum Abtrennen der Gießreste gut geeignete, definierte Temperatur aufweist (die bspw. unter 100°C, bevorzugt unter 70°C und besonders bevorzugt unter 50°C liegt und insbesondere in etwa der Raumtemperatur entspricht).Targeted cooling, in contrast to free cooling, is understood as meaning the lowering of the casting workpiece temperature with a forced cooling rate. It is preferably provided that the targeted cooling or cooling of the cast workpiece only begins when it is fixed between the tool parts and thus can not warp or deform, but a shrinkage is to be made possible. Preferably, the casting remnants are removed once the casting has cooled, d. H. a well-defined for separating the casting remains, defined temperature (which, for example. Below 100 ° C, preferably below 70 ° C and more preferably below 50 ° C and in particular corresponds approximately to room temperature).
Die einzelnen Verfahrensschritte werden innerhalb eines Arbeitsgangs, d. h. innerhalb eines Schließ- und Öffnungshub umfassenden Pressentakts, ausgeführt. Bevorzugt werden alle Verfahrensschritte, auch die nachfolgend erläuterten Weiterbildungen und Ausgestaltungen, automatisiert ausgeführt. Erfindungsgemäß werden mehrere Arbeits- bzw. Prozessschritte kombiniert und zu einem Arbeitsgang zusammengefasst. Dadurch können sowohl Betriebsmittel in Form von Werkzeugen, Gestellen und dergleichen als auch Zeit und Kosten eingespart werden. Ferner wird die Prozesssicherheit erhöht und die Maßhaltigkeit der verarbeiteten Gusswerkstücke verbessert. Zudem können auch energetische Vorteile erzielt werden, wie nachfolgend noch näher erläutert.The individual process steps are within one operation, d. H. executed within a closing and opening stroke comprehensive press cycle. Preferably, all method steps, including the developments and refinements explained below, are carried out automatically. According to the invention, several work or process steps are combined and combined into one operation. As a result, both resources in the form of tools, racks and the like as well as time and cost can be saved. Furthermore, the process reliability is increased and the dimensional accuracy of the processed castings improved. In addition, energy advantages can be achieved, as explained in more detail below.
Zum gezielten Abkühlen kann das im Werkzeug fixierte Gusswerkstück mit wenigstens einem Luft- oder Flüssigkeitsstrahl, insbesondere Wasserstrahl, beaufschlagt werden, was insbesondere mittels Luftdusche oder Flüssigkeitsdusche erfolgt.For targeted cooling, the casting workpiece fixed in the tool can be subjected to at least one jet of air or liquid, in particular water jet, which takes place in particular by means of an air shower or liquid shower.
Das gezielte Abkühlen des fixierten Gusswerkstücks kann auch in einem Flüssigkeitsbecken erfolgen. Bevorzugt ist das Flüssigkeitsbecken auf dem Pressentisch der Presse angeordnet, wobei das Werkzeug zusammen mit dem darin fixierten Gusswerkstück in das Tauchbecken abgesenkt bzw. eingetaucht und/oder das Tauchbecken angehoben wird. Das Flüssigkeitsbecken bzw. Tauchbecken kann permanent mit einer geeigneten Kühlflüssigkeit, wie bspw. Wasser, einem Wassergemisch, Öl oder dergleichen, gefüllt sein. Alternativ kann das Flüssigkeitsbecken zur Durchführung eines Abkühlvorgangs befüllt und anschließend wieder entleert werden. Das Befüllen des Flüssigkeitsbeckens kann vor oder nach dem Einbringen des Gusswerkstücks ins Becken erfolgen.The targeted cooling of the fixed casting work piece can also take place in a liquid tank. Preferably, the liquid pool is arranged on the press table of the press, wherein the tool is lowered or immersed in the dip tank together with the casting work piece fixed therein and / or the dip tank is raised. The liquid basin or immersion basin can be permanently filled with a suitable cooling liquid, such as, for example, water, a water mixture, oil or the like. Alternatively, the liquid pool can be filled to perform a cooling process and then emptied again. The filling of the liquid pool can be carried out before or after the introduction of the cast workpiece into the basin.
Zum Entfernen der Gießreste kann das abgekühlte Gusswerkstück aus dem Flüssigkeitsbecken entnommen werden, indem bspw. das Werkzeug mit dem darin fixierten Gusswerkstück angehoben und/oder das Flüssigkeitsbecken abgesenkt wird. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Entfernen der Gießreste vom abgekühlten Gusswerkstück noch im Flüssigkeitsbecken, insbesondere unter Wasser oder Öl, oder gegebenenfalls auch nach dem Entleeren des Flüssigkeitsbeckens, erfolgt. Die Trenneinrichtung ist entsprechend ausgebildet.To remove the casting residues, the cooled casting work piece can be removed from the liquid basin by, for example, lifting the tool with the cast workpiece fixed therein and / or lowering the liquid basin. Preferably, however, it is provided that the removal of the casting remains from the cooled cast workpiece still in the liquid tank, in particular under water or oil, or optionally also after the emptying of the liquid tank occurs. The separator is designed accordingly.
Das zu bearbeitende Gusswerkstück kann direkt nach dem Entformen aus einer Gussform und somit noch in einem warmen Zustand, also noch Gusshitze aufweisend, in das Werkzeug der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingelegt werden. Bevorzugt handelt es sich um ein Aluminium-Druckgusswerkstück, dass beim Entformen aus der Druckgussform bspw. noch eine Temperatur von ca. 200°C bis 300°C aufweist.The cast workpiece to be machined can be inserted into the tool of the device according to the invention directly after demolding from a casting mold and thus still in a warm state, that is still having casting heat. It is preferably an aluminum die-cast workpiece that, for example, still has a temperature of approximately 200.degree. C. to 300.degree. C. during demoulding from the die casting mold.
Optional kann vorgesehen sein, dass das Gusswerkstück nach dem Entformen und vor dem Einlegen in die erfindungsgemäße Vorrichtung zunächst in noch warmen Zustand vorentgrated bzw. grobentgrated wird. Beim Vor- bzw. Grobentgraten werden bspw. Bereiche der Gießtraube, insbesondere der Anguss-, Speiser- und/oder Überlaufsysteme, entfernt, die für das weitere Handling des Gusswerkstücks störend sind. Das Grobentgraten des noch warmen bzw. heißen Gusswerkstücks kann bspw. mittels Plasma- oder Wasserstrahlschneiden erfolgen. Das Grobentgraten erfolgt zügig, so dass kein oder nur wenig Wärmeverlust auftritt.Optionally, it may be provided that the casting work piece is first pre-deburred or coarse deburred in a still warm state after removal from the mold and before insertion into the device according to the invention. When pre-deburring or coarse deburring, for example, areas of the casting grape, in particular the sprue, feeder and / or overflow systems removed, which are disturbing for the further handling of the cast workpiece. The coarse deburring of the still hot or hot casting workpiece can be done, for example, by plasma or water jet cutting. The coarse deburring takes place quickly, so that little or no heat loss occurs.
Falls eine Wärmebehandlung des Gusswerkstücks zur Eigenschaftsveränderung, bspw. ein Lösungsglühen, vorgesehen ist, kann das Gusswerkstück direkt nach dem Wärmebehandeln in einem Wärmebehandlungsofen (insbesondere Lösungsglühofen) und somit noch in einem warmen Zustand in das Werkzeug der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingelegt werden. Bevorzugt handelt es sich um ein Aluminium-Druckgusswerkstück, dass beim Entnehmen aus dem Wärmebehandlungsofen bspw. noch eine Temperatur von ca. 400°C bis 450°C aufweist.If a heat treatment of the cast workpiece for changing the properties, for example, a solution annealing, is provided, the cast workpiece can be placed in the tool of the device according to the invention directly after the heat treatment in a heat treatment furnace (in particular solution annealing) and thus still in a warm state. It is preferably an aluminum die-cast workpiece that, for example, still has a temperature of approximately 400 ° C. to 450 ° C. when it is removed from the heat treatment furnace.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein mit Wärme zu behandelndes Gusswerkstück direkt nach dem Entformen aus der Gussform dem Wärmebehandlungsofen zugeführt wird, was energetisch vorteilig ist. Gegebenenfalls wird das Gusswerkstück nach dem Entformen und vor dem Wärmebehandeln in einem noch warmen Zustand vor- bzw. grobentgrated, wie obenstehend erläutert. Für die Wärmebehandlung, insbesondere beim Lösungsglühen eines Aluminium-Druckgusswerkstücks, kann es vorteilig sein, wenn noch Bereiche der Anguss-, Speiser- und/oder Überlaufsysteme erhalten bleiben.It is preferably provided that a casting workpiece to be treated with heat is fed directly after removal from the mold to the heat treatment furnace, which is energetically advantageous. Optionally, the cast workpiece after demolding and before the heat treatment in a still warm state before or coarse deburring, as explained above. For the heat treatment, especially in the solution heat treatment of an aluminum die cast workpiece, it may be advantageous if areas of sprue, feeder and / or overflow systems remain intact.
Ein Zwischenlagern oder Auslagern und ein erneutes Erwärmen des Gusswerkstücks vor dem Einlegen in das Werkzeug der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bevorzugt nicht vorgesehen, was unter anderem energetisch vorteilig ist. Der Wärmeverlust beim Transport des warmen bzw. heißen Gusswerkstücks sollte, insbesondere im Hinblick auf eine Abschreckkühlung, minimal sein. Dies kann durch kurze Transportwege bewerkstelligt werden, wozu die Gießvorrichtung mit Gussform (bspw. Druckgießmaschine), die erfindungsgemäße Vorrichtung, eine Transportvorrichtung (bspw. ein Industrieroboter), gegebenenfalls der Wärmebehandlungsofen und gegebenenfalls die Vorrichtung zum Vor- bzw. Grobentgraten räumlich zusammengefasst und innerhalb einer, insbesondere vollautomatisierten, Gießzelle bzw. Fertigungszelle angeordnet sind. Ferner kann der Wärmeverlust beim Transport bzw. Handling auch durch Isolierung des Gusswerkstücks oder Wärmebeaufschlagung (bspw. Beaufschlagung mit heißer Luft, Wärmebestrahlung, Beflammung mittels Gasflammen oder dergleichen) verhindert oder minimal gehalten werden.An intermediate storage or removal and reheating of the cast workpiece prior to insertion into the tool of the device according to the invention is preferably not provided, which is energetically advantageous, among other things. The heat loss during transport of the hot or hot cast piece should be minimal, especially with regard to quench cooling. This can be accomplished by short transport paths, including the casting device with mold (eg., Die casting), the inventive device, a transport device (eg., An industrial robot), optionally the heat treatment furnace and optionally the device for pre- or coarse deburring spatially summarized and within a , In particular, fully automated, casting cell or manufacturing cell are arranged. Furthermore, the heat loss during transport or handling can also be prevented or kept to a minimum by insulating the cast workpiece or applying heat (for example, exposure to hot air, heat radiation, flame treatment by means of gas flames or the like).
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand einer Figur näher erläutert. Die in der Figur gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.The invention will now be described by way of example and not by way of limitation, with reference to the accompanying drawings. The features shown in the figure and / or explained below may, regardless of specific feature combinations, be general features of the invention.
Durch Schließen des Werkzeugs
Nachdem das noch warme Gusswerkstück
Noch innerhalb des Flüssigkeitsbeckens
Das Werkzeug
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2014
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