DE102015223960A1

DE102015223960A1 - Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils

Info

Publication number: DE102015223960A1
Application number: DE102015223960.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Schübel; Jean-Marc Segaud
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils (10), insbesondere eines Fahrzeugbauteils, aus einer Leichtmetalllegierung, mit den Schritten: – Herstellen eines Rohteils durch Gießen einer Metallschmelze in eine Gießvorrichtung und zumindest partielles Erstarren der Metallschmelze, – Einstellen vorbestimmter Eigenschaften in vorbestimmten Bereichen (11, 12, 13) des Gussteils.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, aus einer Leichtmetalllegierung.
Das Gießen von Metallbauteilen wird dem Urformen subsummiert und ist als ein formschaffendes Herstellverfahren bekannt. Seit geraumer Zeit wird dieses Verfahren auch in der Automobilindustrie angewendet. Dadurch hergestellte Bauteile, auch bekannt als Gussteile oder Gussbauteile, finden unter anderem als Motorenbauteile, als Fahrwerksbauteile, als Strukturbauteile, als Sicherheitsbauteile, usw. Anwendung. Im zeitgenössischen Karosseriebau haben sich sog. Gussknoten etabliert, an die eine Vielzahl anderer Bauteile, die nicht als Gussbauteile ausgebildet sind, angebracht werden. Ein repräsentatives Beispiel für Gussknoten liefert die sog. Federbeinstütze, die im Allgemeinen als Gussbauteil ausgebildet ist. Die Federbeinstütze wird dabei aus einer Leichtmetalllegierung, beispielsweise auf Basis von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, hergestellt. An die Federbeinstütze werden dann zum einen Karosserieelemente, wie Längsträger und dergleichen, befestigt. Andererseits werden auch Federbeinlager, die im Allgemeinen in einer gummielastischen Buchse abgestützt sind, an die Federbeinstütze montiert. Um diesen Materialmix in der Zusammenbaugruppe zu ermöglichen, werden kalte Fügetechniken eingesetzt.
Nicht nur aufgrund des Materialmixes, sondern auch aufgrund der zentral wichtigen Rolle, die Gussknoten im Karosseriebau spielen, werden an ein und dasselbe Gussbauteil verschiedenste Anforderungen gestellt. Um diesen gerecht zu werden, wurde im Stand der Technik das Bauteil entsprechenden Behandlungen unterzogen, um den Anforderungen gerecht zu werden. Dies ist jedoch ein verfahrenstechnischer Nachteil, da es zu längeren Durchlaufzeiten und auch zu einer Erhöhung des Umlaufbestandes führt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils anzugeben, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, aus einer Leichtmetalllegierung, mit den Schritten:

– Herstellen eines Rohteils durch Gießen einer Metallschmelze in eine Gießvorrichtung und zumindest partielles Erstarren der Metallschmelze und
– Einstellen vorbestimmter Eigenschaften in vorbestimmten Bereichen des Gussteils.

Das Herstellen des Rohteils ist abgeschlossen, wenn das Rohteil zumindest eine gewisse Handling-Festigkeit (partielles Erstarren) erreicht hat, oder wenn die Metallschmelze vollständig formstabil erkaltet ist. Als Leichtmetalllegierungen eignen sich sämtliche Legierungen auf Basis von Aluminium oder Aluminiumsilizium, insbesondere Legierungen auf Basis von AlSi7, AlSi8, usw.
Fahrzeugbauteile im Sinne dieser Erfindung können Gussknoten, Fahrwerkskomponenten, Strukturbauteile der Rohkarosserie, wie Längsträger, Querträger, A-Säulen, B-Säulen, C-Säulen, Dachseitenrahmen, Dachspriegel, usw., sein. Das Einstellen vorbestimmter Eigenschaften lediglich in vorbestimmten Bereichen des Gussteils bietet den Vorteil, dass die Bauteile nicht mehr als Ganzes nachbehandelt werden, sondern nur situativ an den benötigten Stellen einer gezielten Behandlung unterzogen werden. Dadurch werden lokal an bestimmten Stellen, in denen vorbestimmte Anforderungen oder Funktionalitäten des Bauteils gefordert werden, zu diesen Anforderungen korrespondierende Eigenschaften im Bauteil eingestellt.
Weiterhin kann in mindestens einem ersten vorbestimmten Bereich eine örtlich begrenzte Wärmebehandlung durchgeführt werden. Lokale Wärmebehandlungen bieten den Vorteil, dass sie die Eigenschaften der Bauteile nur an den bestimmten Stellen, d. h. an vorbestimmten Bereichen, modifizieren, in denen spezielle Eigenschaften erforderlich sind. Eine solche lokale Wärmebehandlung kann mittels Induktions-, Infrarot- und/oder Widerstandsheizungen durchgeführt werden. Insbesondere bei großflächigen integrativen Bauteilen bietet eine lokale Wärmebehandlung gegenüber einer Wärmebehandlung des gesamten Bauteils den Vorteil, dass Verzüge oder Verformungen, die sich nur schwer durch einen Richtvorgang korrigieren lassen, vermieden werden. Darüber hinaus können Eigenspannungen und Risse, die die Bauteileigenschaften beeinträchtigen würden, unterbunden werden und geforderte Toleranzen eingehalten werden.
Weiterhin kann in mindestens einem zweiten vorbestimmten Bereich eine örtlich begrenzte Oberflächenbehandlung durchgeführt werden. Durch derartige Oberflächenbehandlungen kann eine Reinigung oder eine Aufrauhung der Oberfläche erzeugt werden, zur Verbesserung einer Klebstoffhaftung. Auch diese wird nur lokal und nicht über das gesamte Bauteil hinweg mittels Lasern und/oder durch Ätzung realisiert.
Zusätzlich oder alternativ kann in mindestens einem dritten vorbestimmten Bereich eine Beschichtung aufgebracht werden. Solche Beschichtungen sind beispielsweise Korrosionsschutzschichten, die nicht zwingenderweise in dem gesamten Bauteil benötigt werden, sondern nur an Stellen, die der Korrosion ausgesetzt sind.
In einer Ausführungsform des Verfahrens können sich zumindest zwei der vorbestimmten Bereiche abschnittsweise oder im Wesentlichen vollständig überlappen. Dadurch können Bereiche, in denen bestimmte mechanische Eigenschaften, bestimmte Korrosionsschutzeigenschaften, und/oder bestimmte Oberflächeneigenschaften gefordert sind, örtlich gezielt erzeugt werden, ohne das gesamte Bauteil zu behandeln.
In einer weiteren Alternative des Verfahrens können zunächst eine Wärmebehandlung und danach eine Oberflächenbehandlung und/oder eine Beschichtung erfolgen. Dies bietet den Vorteil, dass die durch die Wärmebehandlung in das Bauteil eingebrachte Wärme die darauffolgenden Beschichtungsverfahren oder Oberflächenbehandlungen beschleunigt, da eine aufgebrachte Beschichtung schneller austrocknet oder eine aufgebrachte Klebstoffmenge besser aushärten kann.
Weiterhin kann eine mechanische Bearbeitung vor oder nach dem Einstellen der vorbestimmten Eigenschaften in den vorbestimmten Bereichen erfolgen. Mit anderen Worten ausgedrückt, liegt unmittelbar nach dem Erstarren der Metallschmelze ein sogenanntes Rohteil vor. Dieses Rohteil kann üblicherweise durch mechanische Bearbeitung, beispielsweise Entfernung von Grad, Erzeugen von Bohrlöchern, Befräsen von Oberflächenbereichen, usw. zum finalen Gussteil bearbeitet werden. Das Einstellen der gewünschten Eigenschaften, die an lokale Anforderungen am Bauteil angepasst sind, kann somit unmittelbar am Rohteil selbst oder am fertigen Bauteil durchgeführt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Beschreibung, die Ansprüche und die Zeichnungen enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die ein Fachmann auch in anderer Kombination in Betracht ziehen würde, um den Gegenstand der Erfindung an andere Anwendungsbeispiele anzupassen.
Es zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung
1 eine perspektivische Ansicht einer Federbeinstütze.
In 1 ist eine Federbeinstütze 10 dargestellt, die als Gussteil repräsentativ zur Erläuterung der Erfindung herangezogen wird, wobei die Erfindung auch auf viele andere Bauteile anwendbar ist. In einem figürlich oberen Bereich wird an die Federbeinstütze 10 ein Federbein montiert. Das Federbein wird über ein Domlager, das gummielastisch ist, abgestützt. In dem ersten vorbestimmten Bereich 11 werden deswegen bestimmte Anforderungen betreffend die mechanischen Eigenschaften des Gussbauteils 10 gefordert. Deswegen wird in dem ersten vorbestimmten Bereich 11 eine Wärmebehandlung durchgeführt, um entsprechende Werte der Zugfestigkeit, der Dehngrenze, der Bruchdehnung oder der Duktilität einzustellen.
Das Bauteil 10 weist in einem figürlich unteren Bereich einen zweiten vorbestimmten Bereich 12 auf. Dieser Bereich verläuft im Nassbereich der Fahrzeugkarosserie und ist dadurch starken Korrosionseinflüssen z.B: durch Feuchtigkeit oder Salznebelaufwirbelungen ausgesetzt. Um hier gute korrosionsschützende Eigenschaften zu realisieren, ist in dem zweiten vorbestimmten Bereich 12 das Bauteil mit einer korrosionsschützenden Schicht versehen. Diese Beschichtung kann beidseitig oder nur einseitig vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Beschichtung auch auf den Kanten, die sich im zweiten vorbestimmten Bereich 12 befinden, ablegt.
Ein dritter vorbestimmter Bereich 13 ist vorgesehen, der in Form einer Lasche ausgebildet ist. An diese Lasche kann das Blech eines Karosserieteils, insbesondere einer Seitenwand oder eines inneren Spritzschutzes aufgeklebt werden. Um hier eine gute Haftung des Klebstoffs zu erreichen, wird der dritte vorbestimmte Bereich einer Oberflächenbehandlung unterzogen, bei der die Oberfläche aufgeraut wird.
In 1 ist ein Bereich vorgesehen, in dem sich der zweite vorbestimmte Bereich 12 und der dritte vorbestimmte Bereich 13 überlappen. In diesem Bereich werden sowohl hohe Anforderungen an Korrosionsschutz gestellt, wie auch gute Haftungseigenschaften des Klebstoffes gefordert. Deswegen überlappen sich hier der zweite vorbestimmte Bereich 12 und der dritte vorbestimmte Bereich 13. Analog dazu können sich an entsprechend angepassten Bauteilen der erste vorbestimmte Bereich 11 und der zweite vorbestimmte Bereich 12 oder der erste vorbestimmte Bereich 11 und der dritte vorbestimmte Bereich 13 überlappen.
Die Wärmebehandlung im ersten vorbestimmten Bereich 11 ermöglicht beispielsweise Stanznietverbindungen zu anderen Strukturbauteilen der Karosserie. Darüber hinaus bietet die Erfindung den Vorteil, dass ein Transport von der Gießerei, in der das Bauteil erzeugt wird, zu einem Dienstleister, der die Wärmebehandlung, die Beschichtung oder die Oberflächenbehandlung durchführt, vermieden werden. Dadurch kann der Handlings- und Logistikaufwand sowie die damit verbundenen Verschlechterungen der Qualitätsrückmeldung auf ein Mindestmaß reduziert werden. Darüber hinaus können alle diese lokalen Behandlungen zum Einstellen vorbestimmter Eigenschaften in den vorbestimmten Bereichen 11, 12, 13 des Bauteils 10 robotergeführt ausgebildet sein. Dies bietet den Vorteil, dass die genannten Behandlungen, d. h. die Wärmebehandlung, die Beschichtung oder die Oberflächenbehandlung, einzeln oder zusammen an einem Bauteil einsetzbar sind. Diese Behandlungen können In-Line im Takt der Gießmaschine beim Gießer oder im Fahrzeugtakt bei der Erzeugung des Fahrzeugrohbaus durchgeführt werden. Durch die robotergestützte Behandlung werden die Logistikaufwendungen, die Durchlaufzeit und die Qualitätsrückmeldezeit reduziert. Darüber hinaus bietet es den Vorteil, dass ein solcher Prozess je nach Bedarf, d. h. je nach Stückzahl der auszubringenden Gussteile, skalierbar ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gussteils (10), insbesondere eines Fahrzeugbauteils, aus einer Leichtmetalllegierung, mit den Schritten: – Herstellen eines Rohteils durch Gießen einer Metallschmelze in eine Gießvorrichtung und zumindest partielles Erstarren der Metallschmelze, – Einstellen vorbestimmter Eigenschaften in vorbestimmten Bereichen (11, 12, 13) des Gussteils.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem ersten vorbestimmten Bereich (11) eine örtlich begrenzte Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem zweiten vorbestimmten Bereich (12) eine örtlich begrenzte Beschichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in mindesten einem dritten vorbestimmten Bereich (13) eine Oberflächenbehandlung aufgebracht wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest zwei der vorbestimmten Bereiche (11, 12, 13) abschnittsweise oder im Wesentlichen vollständig überlappen.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die Wärmebehandlung und danach die Oberflächenbehandlung und/oder die Beschichtung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Bearbeitung vor oder nach dem Einstellen der vorbestimmten Eigenschaften in den vorbestimmten Bereichen erfolgt.