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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bearbeiten eines Gussteils. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Gussteils.
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Bei der Herstellung von Gussteilen werden vor dem Guss Gusskerne in eine Gussform eingebracht, um bei einem Gießprozess Hohlräume bzw. innere Funktionsräume des Gussteils auszubilden. Rohteile aus der Gießerei unterliegen nach dem eigentlichen Gießprozess je nach Verfahren vielfältigen Risiken der Verschmutzung. Beispielsweise werden im Schwerkraftguss oder im Niederdruckguss, sowie Sandguss oder technologisch ähnliche Verfahren zur Abbildung innerer Funktionsräume der Gussteile verlorene Kerne verwendet. Unter verlorenen Kernen werden Gusskerne verstanden, die nach dem Gießprozess bei der Entfernung des Gusskerns zerstört bzw. aufgelöst werden. Allerdings ist die rückstandsfreie Ausbringung und Entsorgung der Kernstrukturen ein komplexer, zeitaufwendiger und sehr verbrauchskostenintensiver Prozess. Bei den nach dem eigentlichen Gießprozess erfolgenden Prozessschritten, wie Entkernen, Sägen, Fräsen, thermische Behandlung, Strahlen, Beschichten und Transport, besteht die Gefahr, dass die Funktionsräume mit Restschmutzpartikeln kontaminiert werden bzw. noch sind. Die auftretenden Verunreinigungen müssen spätestens bei der Endreinigung beseitigt werden, um die erforderliche Bauteilsauberkeit zu erreichen. Rückstände von Kernen können zu einem Schaden an zu veredelnden Oberflächen führen oder den Ausfall eines Aggregats bewirken, beispielsweise, wenn Kernrückstände zur Verstopfung von Ventilen der Kühlkreisläufe führen, die Wasserpumpe aufgrund der Belastung mit Partikeln verschleißt, Kanalbereiche verengt werden, was ein schlechtes Strömungsverhalten von Kühlmittel zur Folge hat, oder gar verstopft werden. Zudem kann massiver Verschleiß in den Lagern der Ventilsteuerung bzw. der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors aufgrund von Sand oder Späne im Ölraum auftreten. Weiterhin wird durch raue Kernanhaftungen die Oberflächengüte des Gussteils nachteilig beeinflusst. Bei dem Einsatz von automatisierten Waschprozessen werden nicht immer alle Restschmutzanteile erfasst. Daher muss zusätzlich eine manuelle Reinigung vorgenommen werden. Selbst nach der manuellen Reinigung kann es vorkommen, dass nicht alle Restschmutzanteile beseitigt wurden. Auch kann bei nachfolgenden Bearbeitungsprozessen eine erneute Verschmutzung durch verklemmte Späne in den innenliegenden Geometrien auftreten, welche teilweise auch nicht mit aufwendigen Waschprozessen beseitigt werden können. Es besteht also ein Problem darin, dass bei herkömmlichen Nachberarbeitungsverfahren und Reinigungsverfahren ein großer Aufwand mit wiederholten Reinigungsschritten getrieben werden muss, um die notwendige Bauteilsauberkeit zu erreichen.
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Es ist folglich Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bearbeiten von Gussteilen zu entwickeln, welches die genannten Nachteile nicht aufweist, d. h. insbesondere weniger aufwendig und trotzdem sicher und zuverlässig ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten eines Gussteils, welches mindestens einen innenliegenden Gusskern aufweist, wird nach einem Gießprozess das Gussteil aus einer Gussform entnommen. Anschließend wird der Gusskern in dem Gussteil nach Entnahme des Gussteils aus der Gussform beibehalten und es erfolgen ein oder mehrere Nachbearbeitungsschritte des Gussteils unter Beibehaltung des Gusskerns in dem Gussteil. Nach Beendigung der Nachbearbeitung wird der Gusskern erst unmittelbar vor oder bei der Endreinigung des Gussteils entfernt. Unmittelbar vor der Endreinigung soll bedeuten, dass zwischen dem Schritt des Entfernens des Gusskerns und der Endreinigung keine Nachbearbeitungsschritte durchgeführt werden, bei denen eine Kontamination des von dem Gusskern eingenommen Hohlraums auftreten könnte. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass zum einen der während der Nachbearbeitung weiterhin in dem Gussteil verbleibende Gusskern eine Kontamination der von dem Gusskern ausgefüllten Hohlräume verhindert und zum anderen vorteilhaft die Schritte des Entfernens des Gusskerns und der Endreinigung am Ende des Verfahrens zusammengefasst werden können, so dass der Aufwand für das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu der herkömmlichen Vorgehensweise reduziert ist.
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Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Gussteils wird zunächst ein über den ganzen Herstellungsprozess stabiler Gusskern in eine Gussform eingebracht. Anschließend wird ein Gießverfahren zur Herstellung des Gussteils durchgeführt. Schließlich wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten eines Gussteils angewandt.
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Die abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt füllt der mindestens eine Gusskern einen Funktionsraum des Gussteils aus.
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Besonders bevorzugt ist der Gusskern als formstabiler Gusskern ausgebildet. Formstabil soll in diesem Zusammenhang bedeuten, dass der Gusskern bei thermischer oder mechanischer Belastung, also insbesondere bei dem Gießprozess sowie nachfolgend bei der Nachbearbeitung des Gussteils unverändert bleibt, d. h. vor allem keine Kontamination des Gussteils mit Kernmaterial oder eine Restschmutzverschleppung in der Prozesskette verursacht.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten eines Gussteils weist der Schritt des Nachbearbeitens des Gussteils mindestens einen der folgenden Prozessschritte auf: Sägen des Gussteils, Fräsen des Gussteils, thermisches Behandeln des Gussteils, Abstrahlen des Gussteils, Beschichten des Gussteils, Transportieren des Gussteils.
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Der Gusskern sollte einerseits eine ausreichende Stabilität aufweisen, damit er auch während der Nachbearbeitung stabil bleibt, andererseits sollte er jedoch bei gezielter Einwirkung zerfallen. Für diesen Zweck eignen sich zum Beispiel Salz, Sand, Glas oder keramische Verbindungen, die eine gewissen Temperaturbeständigkeit aufweisen, und Mischungen aus den genannten Materialien mit geeigneten Bindungsstoffen.
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In einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten eines Gussteils ist der Gusskern als hohler Gusskern ausgebildet. Ein hohler Gusskern hat zum Beispiel den Vorteil, dass weniger Umlaufmaterial benötigt wird und der Gusskörper ein geringeres Gewicht aufweist. Zudem gibt es bei der Zerstörung des Gusskerns mehr Raum für die Bruchbildung bzw. mehr Raum zum Ausspülen der Restbestandteile des Kerns.
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In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Gussteils wird die Oberfläche des Gusskerns vor oder nach dem Einbringen in die Gussform versiegelt. Auf diese Weise werden ein ungewolltes Auflösen des Kerns und eine damit einhergehende Kontaminierung des Gussteils während des Gusses oder bei der Nachbearbeitung verhindert. Bei dem Schritt des Versiegelns der Oberfläche des Gusskerns kann beispielsweise eine Dünnschicht-Keramik als Versiegelungsmaterial verwendet werden. Alternativ kann der Gusskern bei dem Schritt des Versiegelns verglast werden.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Gussteils wird der Gusskern als hohler Glaskern oder als hohler Sandkern ausgebildet.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Gussteils in einer Gussform mit einem Gusskern,
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2 ein Flussdiagramm, welches ein herkömmliches Verfahren zum Herstellen eines Gussteils veranschaulicht,
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3 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Bearbeiten eines Gussteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
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4 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Herstellen eines Gussteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
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In 1 ist ein Gussteil 1 schematisch gezeigt. Das Gussteil 1 umfasst in einem seiner Hohlräume einen Gusskern 2 (schraffiert gezeichnet) und ist während eines Gießprozesses von einer Gussform 3 umgeben.
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In 2 ist ein herkömmliches Verfahren 200 zum Herstellen eines Gussteils 1 schematisch gezeigt. Bei dem Schritt 2.I wird ein Gusskern 2 in eine Gussform 3 eingebracht. Das Gussteil 1 erhält durch die Gussform 3 seine Außenform. Innere Hohlräume und Kanäle des Gussteils bzw. Gusskörpers werden dagegen von der Gestalt und der Positionierung des Gusskerns 2 bestimmt. Bei dem Schritt 2.II wird das eigentliche Gießverfahren zur Herstellung des Gussteils 1 durchgeführt. Dabei wird eine Gussmasse in den von der Gussform 3 und dem Gusskern 2 definierten Hohlraum eingebracht. Bei dem Schritt 2.III wird das Gussteil 1 mitsamt der Gussform 3 und dem Gusskern 2 aus der Gießvorrichtung entnommen. Anschließend wird die Gussform 3 entfernt und der Gusskern 1 ebenfalls aus der Gussform 3 entnommen. Wenn der Gusskern 2 aus Sand und einem thermisch lösbaren Bindemittel, wie zum Beispiel einem Harz, besteht, so hat sich der Gusskern 2 bereits während des Gießprozesses aufgelöst und kann zum Beispiel mit Druckluft ausgeblasen werden. Ist das Bindemittel wasserlöslich, wie zum Beispiel Sand, so kann als Lösemittel Wasser verwendet werden und der Gusskern 2 damit aus dem Gussteil 1 herausgespült werden. Üblicherweise verbleiben nachdem Entfernen des Gusskerns 2 noch Reste des Gusskernmaterials in dem Gussteil 1 und müssen in einem Reinigungsschritt 2.IV beseitigt werden. Dabei kommt zum Beispiel ein Fluid, mit dem das Gussteil unter Hochdruck ausgespühlt wird, zum Einsatz. Bei dem Schritt 2.V findet die eigentliche Nachbearbeitung des Gussteils statt. Die Nachbearbeitung umfasst Arbeitsschritte, wie zum Beispiel das Sägen, Fräsen Strahlen, thermische Vergütung sowie Beschichten. Bei diesen Arbeitsvorgängen kann das Gussteil 1 erneut verunreinigt werden. Diese Verunreinigung kann einerseits nachfolgende Nachbearbeitungsverfahren beeinträchtigen und andererseits auch die Funktionsfähigkeit des Gussteils 1 insgesamt ungünstig beeinflussen. Beispielsweise kann, wenn das Gussteil 1 ein Bauteil einer Maschine ist, eine Verstopfung oder Verengung von Hohlräumen zu einem Defekt und Ausfall der gesamten Maschine führen.
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Aus diesem Grund muss spätestens nach Beendigung der Nachbearbeitung bei dem Schritt 2.VI eine Endreinigung durchgeführt werden, bei der alle noch verbleibenden Kontaminierungen des Gussteils 1 beseitigt werden. Insgesamt bedingt das Erfordernis der Bauteilsauberkeit bei der herkömmlichen Herangehensweise einen hohen Arbeitsaufwand. Als zusätzliche Arbeitsschritte können beispielsweise Transportschritte und jede Art von Lagerung zwischen den einzelnen Arbeitsschritten anfallen.
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In 3 wird ein Verfahren 300 zum Bearbeiten eines Gussteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Das zu bearbeitende Gussteil 1 enthält nach dem eigentlichen Gießprozessschritt noch den Gusskern 2. Der Gusskern 2 ist erfindungsgemäß formstabil und beständig gegenüber dem Gießverfahren sowie nachfolgenden Bearbeitungsschritten. Beispielsweise umfasst der Gusskern 2 formstabile und nur durch spezielle Substanzen lösliche Materialen, wie zum Beispiel Salze, die für eine Formstabilität des Gusskerns 2 während des Gießprozesses und dem anschließenden Nachbearbeiten sorgen. Bei dem Schritt 3.I wird das Gussteil 1 nach dem Gießprozess aus einer Gussform 3 entnommen. Anschließend wird bei dem Schritt 3.II der Gusskern 2 jedoch im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten herkömmlichen Verfahren nicht aus dem Gussteil 1 entfernt, sondern in dem Gussteil beibehalten. Bei dem Schritt 3.III erfolgt dann das Nachbearbeiten des Gussteils 1 unter Beibehaltung des Gusskerns 2 in dem Gussteil 1. Auf diese Weise wird nicht nur einer Verschmutzung durch in dem Gussteil 1 verbleibende Rückstände des Gusskerns 2 vorgebeugt, sondern auch verhindert, dass bei dem Nachbearbeitungsschritt 3.III auftretende Schmutzpartikel in die von dem Gusskern 2 ausgefüllten Hohlräume eindringen. Schließlich wird bei dem Schritt 3.IV der Gusskern 2 erst unmittelbar vor oder bei der Endreinigung des Gussteils 1 entfernt. D. h., die Entfernung des Gusskerns 2 und die Endreinigung, bei der beispielsweise auch durch die Nachbearbeitung hervorgerufene Kontaminationen des Gussteils 1 beseitigt werden, kann in einem Arbeitsschritt realisiert werden. Die Endreinigung kann zum Beispiel ein Einbringen von Wasser oder eines Lösungsmittels in den fertigen Gusskörper zur Auflösung und Herauslösung des Gusskerns 2 umfassen. Dies kann zum Beispiel derart erfolgen, dass durch eine bei dem eigentlichen Gießprozessschritt erzeugte Zugangsöffnung zu dem Gusskern mit Hilfe von Düsen bzw. Hochdruckdüsen ein Strahl auf den Gusskern gerichtet wird. Dabei wird der Gusskern durch das mechanische Auftreffen des Fluidstrahls und die Lösewirkung des Lösungsmittels aufgelöst und herausgespült. Beispielsweise wird anschließend das eingebrachte Wasser bzw. Lösemittel selbst durch Ausspülen oder Absaugen aus dem Körper des Gussteils 1 entfernt. Das Auflösen des Gusskerns kann auch mit Hilfe thermischer Einwirkung, beispielsweise durch Verwendung eines heißen Fluids, wie zum Beispiel ein heißes Gas, welches durch eine Zugangsöffnung in das Gussteil eingebracht wird, bewerkstelligt werden. Alternativ kann die thermische Behandlung des Gusskerns auch mit Hilfe einer direkten Flammeneinwirkung erreicht werden.
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In 4 ist ein Verfahren 400 zum Herstellen eines Gussteils 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Die ersten Schritte 4.I und 4.II des erfindungsgemäßen Verfahrens 400 entsprechen den Schritten 2.I und 2.II des herkömmlichen Verfahrens 200. Bei dem Schritt 4.I wird wie bei dem Schritt 2.I ein Gusskern in eine Gussform eingebracht. Das Gussteil erhält durch die Gussform seine Außenform. Innere Hohlräume und Kanäle des Gussteils bzw. Gusskörpers werden dagegen von der Gestalt und der Positionierung des Gusskerns 2 bestimmt. Bei dem Schritt 4.II wird wie bei dem Schritt 2.II der eigentliche Gießprozess zur Herstellung des Gussteils durchgeführt. Dabei wird eine Gussmasse in den von der Gussform 3 und dem Gusskern 2 definierten Hohlraum eingebracht. Bei dem Schritt 4.III wird das Gussteil 1 nach dem Gießprozess aus der Gussform 3 entnommen. Anschließend wird bei dem Schritt 4.IV der Gusskern 2 jedoch im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten herkömmlichen Verfahren nicht aus dem Gussteil 1 entfernt, sondern beibehalten. Bei dem Schritt 4.V erfolgt dann das Nachbearbeiten des Gussteils 1 unter Beibehaltung des Gusskerns 2 in dem Gussteil 1. Auf diese Weise wird nicht nur einer Verschmutzung des Gusskörpers durch in dem Gussteil 1 verbleibende Rückstände des Gusskerns vorgebeugt, sondern auch verhindert, dass bei dem Nachbearbeitungsschritt 4.V auftretende Schmutzpartikel in die von dem Gusskern 2 ausgefüllten Hohlräume eindringen. Schließlich wird bei dem Schritt 4.VI der Gusskern 2 bei der Endreinigung des Gussteils 1 entfernt.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den in den Figuren dargestellten Verfahren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche in vielerlei Hinsicht modifiziert werden können. Weiterhin wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein, eine” nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
