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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Werkzeug und Verfahren für einen direkten Squeeze-Casting-Prozess.
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EINLEITUNG
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Diese Einleitung stellt im Allgemeinen den Kontext der Offenbarung dar. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder in dem in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Umfang sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung ansonsten nicht als Stand der Technik gelten, werden gegenüber der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik zugelassen.
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Kleinserien- und Prototypen-Gussteile sind im Allgemeinen auf Sandgussverfahren beschränkt, da die Werkzeugkosten für Dauerformverfahren unerschwinglich sein können. Die Bauteilkonstrukteure, die sich auf diese kleinvolumigen Sandgussteile verlassen, stehen vor einem großen Problem: Die Eigenschaften von Sandgussteilen weisen im Allgemeinen nicht die gleichen Eigenschaften auf wie die, die mit großvolumigen Dauerformverfahren erzielt werden. Dies stellt eine erhebliche Einschränkung für die Fähigkeit eines Bauteilkonstrukteurs dar, einen Entwurf bereits in einem frühen Stadium des Konstruktionsprozesses zu verifizieren.
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Laufende Hochvolumen-Fertigungsverfahren zur Erzeugung von Motorkomponenten eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise Zylinderblöcken, beinhalten Hochdruck-Spritzguss-(HPDC)-Verfahren. Obwohl die für einen HPDC-Verfahren eingesetzten Werkzeuge kostspieliger sind und eine viel längere Vorlaufzeit benötigen, können diese Kosten auf die große Anzahl von Bauteilen, die durch den HPDC-Verfahren entstehen, verteilt werden, sodass die Stückkosten niedriger sein können. Allerdings birgt das HPDC-Verfahren auch einige Probleme. Typischerweise wird die Metallschmelze in eine Form geleitet, nehmen HPDC-Hochgeschwindigkeitsfüllverfahren typischerweise Luft mit, erzeugen Oxide und weisen Schwierigkeiten im Bewältigen der Metallschrumpfung aus bestimmten Bereichen innerhalb der Form auf.
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Die anhängige und gemeinsam vergebene US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 15/223,911, deren Offenbarung hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird, offenbart ein neuartiges direktes Squeeze-Casting-Verfahren, das viele der Probleme der vorstehend beschriebenen Gießverfahren behandelt. Das neuartige Direkt-Squeeze-Verfahren profitiert von einer langsameren Gießgeschwindigkeit, die zu einer ruhigen Formfüllung führt, wodurch Turbulenzen in der fließenden Metallschmelze reduziert oder beseitigt werden. Dadurch wird das Mitführen von Luft im entstehenden Gussteil reduziert, was die Möglichkeit der Gasporosität verringert und eine Wärmebehandlung ermöglicht. Darüber hinaus bietet das Direkt-Squeeze-Verfahren die Möglichkeit, die Schrumpfung des Metalls beim Abkühlen und Verfestigen besser auszugleichen. Der Druck kann strategisch nur auf die Abschnitte aufgebracht werden, die am meisten von diesem Druck profitieren können, wie zum Beispiel dickere Abschnitte, Schotten und dergleichen. Dies ermöglicht die Herstellung von hochfesten Zylinderblock-Gussteilen, die auf optimale Zugfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit und andere Materialeigenschaften wärmebehandelt werden können.
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1 ist eine Innenansicht des neuartigen Direkt-Squeeze-Gießsystems 100 zum Bilden eines Gussteils 128 in einem Innenhohlraum 130. Das System 100 beinhaltet eine obere Form 102 und eine untere Form 104. Ein Satz von Einsätzen oder Schieber 106, 108, 110 und 112 sind in den oberen und unteren Formen 102 und 104 positioniert. Die Schieber 106, 108, 110 und 112 sind so konfiguriert, dass sie sich sowohl in der oberen als auch in der unteren Form 102 und 104 entlang der Kanäle hin- und herbewegen, wie durch die Pfeile 114, 116, 118 und 120 ersichtlich. Die Schieber 106, 108, 110 und 112 können sich entlang der Kanäle nach außen bewegen, um ein Überfüllvolumen aufzunehmen und/oder sich nach innen bewegen, um die Metallschrumpfung während der Verfestigung des Gusses auszugleichen, während ein direkter Druck entlang der Pfeile 114, 116, 118 und 120 aufgebracht wird.
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2 veranschaulicht schematisch den Druck, der direkt in einer kontrollierten Weise aus sechs Richtungen (oben, unten und von den Seiten) ausgeübt wird, um die mechanische Komponente 122 zu formen. Insbesondere kann die obere Form 102 nach oben und nach unten bewegt werden, wie durch den Pfeil 124 angegeben ist, und die untere Form 104 kann aufwärts und abwärts bewegt werden, wie durch den Pfeil 126 angegeben ist, zusätzlich zu dem direkten Druck, der durch die Schieber 106, 108, 110 und 112 entlang der Linien 114, 116, 118 und 120 aufgebracht wird. Weiterhin kann der aufgebrachte Druck mit einem oder mehreren Druckstempeln und einer Entlüftung (nicht dargestellt) gesteuert werden, um den Druck auf die interessierenden Regionen des verfestigenden Gussteils aufzubringen und zu steuern. Die Schieber und der eine oder die mehreren Druckstempel können gleichzeitig oder auch unabhängig voneinander betätigt werden.
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Das neuartige Direkt-Squeeze-Verfahren ermöglicht den Einsatz niedrigerer Gussdrücke, welche die Anforderungen an das Werkzeug und die Drucksteifigkeit reduzieren, wodurch der Einsatz von einfacheren Gussmaschinen, hydraulischen Systemen und Steuerungen im Vergleich zu HPDC-Maschinen ermöglicht wird. Von daher senken einfachere Gussmaschinen, Hydrauliken und Steuerungen sowie verbesserte Werkzeuglebensdauern die Kosten je Komponente gegenüber Teilen, die mit HPDC-Systemen erzeugt werden.
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Sowohl das HPDC- als auch das Direkt-Squeeze-Verfahren basieren auf der Verwendung von Werkzeugen, die typischerweise aus einer geschmiedeten und bearbeiteten Stahlplatte hergestellt werden, wie zum Beispiel einem H13-Stahl, der für seine Zähigkeit und thermische Stabilität bekannt ist. Diese geschmiedeten und bearbeiteten Werkzeuge beinhalten typischerweise auch interne Durchgänge, die zum Steuern der Wärmeübertragung innerhalb der Form verwendet werden können. Eine Flüssigkeit strömt durch die Kanäle, um das Werkzeug zu erwärmen oder zu kühlen. Ein gutes Wärmemanagement ist zur Verbesserung der Eigenschaften des Gussmaterials und der Produktionsraten unabdingbar. Darüber hinaus ist ein Wärmemanagement erforderlich, um die Standzeit der Werkzeuge zu erhöhen, indem die thermische Ermüdung reduziert und Reaktionen mit der Metallschmelze, wie beispielsweise Löten oder Aufschmelzen auf die Werkzeugoberfläche, reduziert werden. Weiterhin ist das Wärmemanagement wichtig, um das Verfestigungsmuster des Gussmetalls zu verwalten, insbesondere bei Gussteilen mit unterschiedlichen Dicken. Aktuelle Werkzeugfertigungstechniken schränken die Form der inneren Durchgänge stark ein. Bearbeitungstechniken erfordern einen direkten „Sichtkontakt“ von einer Außenfläche, um den Zugang durch ein Bearbeitungswerkzeug zu ermöglichen, das die Bearbeitung eines inneren Durchgangs ermöglicht. Daher sind diese bearbeiteten inneren Durchgänge darauf beschränkt, nur eine gerade Form aufzuweisen. Dadurch wird der Weg, den der resultierende bearbeitete innere Durchgang durch das Werkzeug nehmen kann, weiter stark eingeschränkt. Zudem weist der üblicherweise verwendete H13-Stahl eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit auf, wobei es wünschenswert ist, eine höhere Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, um die Wärmeübertragung während des Gießverfahrens zu verbessern.
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Wie vorstehend erläutert, wird beim Gießen Metall in einen geformten Formenhohlraum eingebracht und während der Verfestigung des Metalls gehalten. Die Form der Gussform wird dann auf der Oberfläche des Gussteils nachgebildet und die Materialeigenschaften des Gussteils werden durch mindestens die folgenden drei Faktoren bestimmt: 1) die zu gießende Legierung; 2) das Vorhandensein von Einschlüssen; und 3) die Verfestigungsbedingungen. Hinsichtlich der Verfestigungsbedingungen gilt: Je höher die Verfestigungsrate, umso mehr können die Eigenschaften des Gussteils verbessert werden. Darüber hinaus kann das Verfestigungsmuster die Verfestigungsschrumpfung beeinflussen, die durch die Verringerung des spezifischen Volumens der Legierung beim Übergang von flüssig zu fest entsteht. Das Verfestigungsmuster des Gussteils ist direkt abhängig von der Konfiguration der inneren Durchgänge im Formwerkzeug. Der Umstand, dass diese Durchgänge aufgrund der Tatsache, dass sie bearbeitet werden, nur eine gerade Form aufweisen, die von einer Außenfläche stammt, schränkt die Fähigkeit des Formwerkzeugherstellers stark ein, interne Durchgänge zu konstruieren, welche die Verfestigungsbedingungen und das Verfestigungsmuster des Gussteils besser steuern können. Um diese Durchgänge zu bearbeiten, muss das Werkzeug verhältnismäßig dick und schwer sein. Zusätzlich beinhalten die bei der Bearbeitung entstehenden Durchgänge scharfe Kanten an den Schnittpunkten, die als Spannungserhöher oder Konzentratoren den Widerstand gegen thermische Ermüdung reduzieren.
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KURZDARSTELLUNG
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In einem exemplarischen Aspekt beinhaltet ein Gusswerkzeug für einen direkten Squeeze-Casting-Prozess einen konturierten Innendurchgang.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt bildet der konturierte Innendurchgang einen Wärmemanagementdurchgang für den direkten Squeeze-Casting-Prozess.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt bildet der konturierte Innendurchgang einen Entlüftungsdurchgang für den direkten Squeeze-Casting-Prozess.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt bildet der konturierte Innendurchgang einen Gate-Durchgang für den direkten Squeeze-Casting-Prozess.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Werkzeug ein Graugussmaterial.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Werkzeug eine Formoberfläche mit Übergangsschichten mit duktiler und verdichteter Graphitstruktur
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt umfasst das Werkzeug eine Formoberfläche mit einer druckempfindlichen Düsenbeschichtung.
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Auf diese Weise verbessert die konturierte Form des Innendurchgangs den Wärmeübergang, die Entlüftung und die Bewegung des geschmolzenen Metalls in die Form während des Gieß- und Erstarrungsprozesses. Insbesondere sorgt die Konturierung des Innendurchgangs dafür, dass sich die Innendurchgänge einer optimierten Form annähern, die sich besser an die Form des Gussstücks anpasst und dem Gussstück bessere Wärmeübertragungseigenschaften verleiht. Dadurch können Materialien mit besseren thermischen Eigenschaften für das Formwerkzeug verwendet und die Eigenschaften dieser Formwerkzeuge verbessert werden. Dies verbessert das Verfestigungsmuster der Gussteile, reduziert die Zykluszeiten, reduziert die Kosten für das Formwerkzeug, reduziert die Zeit für die Herstellung des Formwerkzeugs und reduziert die Kosten des gesamten Formensystems.
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Die konturierte Form der Innendurchgänge reduziert oder eliminiert im Vergleich zum konventionellen Durchgang das Vorhandensein von Spannungserhöhungen oder Konzentratoren und verbessert so die Beständigkeit gegen thermische Ermüdung und die Standzeit. Die konturierte Form des Innendurchgangs kann auch den Durchfluss von Metallschmelze durch das Werkzeug verbessern. Zusätzlich kann die verbesserte Oberfläche der konturierten Innendurchgänge eine mikro-raue Oberfläche ergeben, welche die Wärmeübertragungskapazität zwischen der Matrize/Werkzeug und der Metallschmelze erhöht.
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Die Vorteile dieser exemplarischen Ausführungsformen ermöglichen den Einsatz einer Entkernungstechnik, welche die Innendurchgänge in eine optimierte Form bringt. Die Form, das Volumen, die Größe und die Oberflächenstruktur der konturierten Innendurchgänge können optimiert werden, um verbesserte Wärmeübertragungseigenschaften in den Bereichen zu erzielen, in denen ein hoher Wärmefluss oder eine hohe Wärmeabfuhr erwünscht ist. Im Vergleich zu konventionell bearbeiteten Werkzeugen können die konturierten Innendurchgänge in den exemplarischen Ausführungsformen auch zu einem kompakteren und leichteren Werkzeug führen. Diese und weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung. Es ist zu beachten, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der Offenbarung zu begrenzen.
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Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einschließlich der Ansprüche und der Ausführungsformen leicht ersichtlich, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der ausführlichen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, worin gilt:
- 1 ist eine Innenansicht der Ober- und Unterform eines Systems für ein exemplarisches direktes Squeeze-Casting-System;
- 2 ist eine schematische Ansicht des direkten Squeeze-Casting-Systems von 1;
- 3 ist eine Innenansicht eines exemplarischen Gussoberformwerkzeugs für ein direktes Squeeze-Casting-System;
- 4 ist eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Graugussformoberfläche und einer Sandformoberfläche, die so modifiziert wurde, dass sie die exemplarische Graugussformoberfläche ergibt; und
- 5 ist eine perspektivische Ansicht von Abschnitten des direkten Squeeze-Casting (DSC)-Prozesses, die gekerntes, netzförmiges Graugusswerkzeug mit einbezieht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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3 ist eine Innenansicht eines exemplarischen Oberformwerkzeugs 300 für ein direktes Squeeze-Casting-(DSC)-System. Das Oberformwerkzeug 300 verfügt über einen gekrümmten Innendurchgang 302. Im Gegensatz zu den Innendurchgängen bei herkömmlichen direkten Pressformwerkzeugen, die durch Bearbeitungsverfahren auf gerade Abschnitte beschränkt sind, beinhaltet der Innendurchgang 302 mehrere gebogene Abschnitte. Wie deutlich zu erkennen ist, ist der Innendurchgang 302 recht komplex und seine Form wurde für das spezifische Werkzeugdesign optimiert, um ein Formteil von höchster Qualität zu liefern. In einer exemplarischen Ausführungsform wird der komplexe und optimierte Innendurchgang durch das Formen des Oberformwerkzeugs 300 in einem Gießverfahren unter Verwendung eines Kerns zum Bilden des Innendurchgangs realisiert. Ein Kern ist eine Vorrichtung, die in Gießverfahren verwendet wird, um Innendurchgänge mit Formen und Stellen innerhalb des Formwerkzeugs bereitzustellen, die ansonsten nicht durch andere Verfahren, wie beispielsweise durch einen Bearbeitungsprozess, erreicht werden können.
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4 ist eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Graugussformoberfläche 406 und einer Sandformoberfläche 404, die so modifiziert wurde, dass sie die exemplarische Graugussformoberfläche 406 ergibt. Die Sandform 400 beinhaltet konventionelle Sandformmaterialien 402, aber auch eine Sandformoberfläche 404, die Magnesiumpartikel oder -granulate beinhalten kann. Der beim Gießen in die Sandform 400 eingeführte geschmolzene Grauguss kann mit dem Magnesium reagieren und an der Grenzfläche 406 eine andere Struktur bilden. Die Verwendung der Sandform 400 mit diesen Magnesiumpartikeln kann zu dünnen Übergangsschichten 406 auf einer Oberfläche eines Graugussformwerkzeugs 408 führen, die dann eine duktile und verdichtete Graphitstruktur beinhalten kann, die verbesserte mechanische und beständige Eigenschaften bietet.
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In einer exemplarischen Ausführungsform kann die Oberfläche 406 in der Fachwelt als „Duraface“ bezeichnet werden, die haltbarer ist als andere Graugussoberflächen, die rissartige Graphitflocken beinhalten können. Das Kugelgraphit enthält Kugelgraphitpartikel, während die konventionelle Graugussoberfläche schuppenförmige Graphitpartikel aufweist und das verdichtete Graphiteisen zusätzlich Graphitzwischenpartikel aufweisen kann, die in ihrer jeweiligen Mikrostruktur stab- und schuppenförmig sind. Im Gegensatz dazu sind die Kugelgraphitpartikel rund und glatt im Vergleich zu den Graphitflocken, die an scharfe Kanten erinnern. Die Kugelgraphitpartikel der exemplarischen Ausführungsform führen zu einer Oberfläche mit verminderter Anfälligkeit für thermische Beanspruchung und Rissbildung, was die Standzeit erhöht.
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5 ist eine perspektivische Ansicht von Abschnitten eines exemplarischen DSC-Prozesswerkzeugs 500, das exemplarisch gekerntes, netzförmiges Graugusswerkzeug 502 beinhaltet. Das DSC Prozesswerkzeug 500 kann mit einem direkten Squeeze-Casting-Verfahren eingesetzt werden, um beispielsweise Aluminium-Inline-Zylinderblöcke mit offenem Deckel und einem Werkzeuginnendruck von etwa 15 bis 3000 PSI herzustellen. Die optimalen Drücke sind von einer Reihe von Faktoren abhängig, wie beispielsweise der Gussgeometrie, dem Vorschubweg und der Wärmeausbeute des Formwerkzeugs. Durch die verbesserte Wärmeabfuhr, die durch konturierte Innendurchgänge ermöglicht wird, können die Drücke weiter optimiert werden, was zu einem hochfesten Aluminium-Zylinderblockguss führt.
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Darüber hinaus ermöglichen exemplarische Ausführungsformen den Einsatz von Formwerkzeugmaterialien mit deutlich verbesserten Eigenschaften gegenüber H13-Stahl, der typischerweise für DSC-Prozesse und andere hochvolumige Gießverfahren eingesetzt werden kann. Die Stanzteile werden im Allgemeinen aus massiven Blöcken aus warmgeformtem oder geschmiedeten H13-Stahl gefertigt. Im Gegensatz dazu wird der Einsatz eines Graugusswerkzeugmaterials durch die vorliegende Erfindung ermöglicht. Grauguss weist im Vergleich zu H13-Stahl eine deutlich verbesserte (höhere) Wärmeleitfähigkeit auf. In einigen Fällen können Graugusslegierungen eine um etwa 50% bis 150% höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als ein H13-Stahl. Dies ermöglicht eine wesentlich bessere Kontrolle über die Verfestigung des Bauteils, das im Vergleich zu einem H13-Stahlformwerkzeug mit dem Graugusswerkzeug gegossen wird. Darüber hinaus kann die verbesserte und erhöhte Wärmeleitfähigkeit eine deutlich verkürzte Verfestigungszeit des Gussteils bewirken, was die Zykluszeiten des DSC-Prozesses reduzieren kann.
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Eine schnellere Verfestigung kann die negativen Auswirkungen von Gasen, die in Lösung mit der Metallschmelze sein können, weiter reduzieren. Jede Verringerung des Gaseintrags verringert die Wahrscheinlichkeit von Blasenbildung oder anderen schädlichen Auswirkungen, die sonst bei einem nachfolgenden Wärmebehandlungsprozess auftreten könnten. So verbessert das verbesserte Wärmemanagement, die Anspritzung und die Entlüftung durch den erfinderisch gekrümmten, gekernten Innendurchgang innerhalb des Gussformwerkzeugs die Fähigkeit, die Wärmeübertragung weiter zu optimieren und dadurch die Qualität und die Materialeigenschaften des Gussteils weiter zu verbessern.
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Die Kombination der stark verbesserten Wärmeleitfähigkeit mit den optimierten konturierten Innendurchgängen der Gussformwerkzeuge verbessert den Wärmeaustausch des Werkzeugs, kann die thermische Ermüdung des Formwerkzeugs weiter minimieren und bietet eine wesentlich bessere Kontrolle über das Verfestigungsmuster des Gussteils. Dies verbessert nicht nur die Qualität und die Eigenschaften des Gussteils, sondern verbessert auch die Zykluszeiten des DSC-Prozesses, um sich denen des HPDC-Gussverfahrens anzunähern.
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Darüber hinaus ist die Verfestigungsschrumpfung von Grauguss im Vergleich zu H13-Stahl aufgrund ihrer unterschiedlichen Mikrostrukturen und Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) deutlich geringer. Dadurch ist es möglich, das Graugusswerkzeug in einer Form zu gießen, die derjenigen, die letztendlich für das Gießen im DSC-Verfahren erforderlich ist, viel näher kommt. Grauguss weist im Allgemeinen eine negative Schrumpfung (Expansion) auf, da das Werkzeug während der Verfestigung vom flüssigen in den festen Zustand übergeht. Dies ermöglicht eine kompliziertere äußere und innere Kerneigenschaften, die mit einem H13-Stahlformwerkzeug nicht möglich sind. Dadurch kann der Bearbeitungsaufwand des Graugusswerkzeugs im Vergleich zu einem H13-Stahlformwerkzeug deutlich reduziert werden. Dies kann auch zu deutlich geringeren Kosten und Zeitaufwand bei der Herstellung eines DSC-Werkzeugs führen. Das erfinderische Gussformwerkzeug mit entkernten, konturierten Innendurchgängen ermöglicht zudem ein endkonturnahes Gießen. Die optimierten und verbesserten Durchgänge können eine verbesserte Entlüftung, Anspritzung und Überlaufkanäle für den DSC-Prozess bieten, was die Metallausbeute für den Prozess verbessert.
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Die konturierten Innendurchgänge können beispielsweise durch ein Formwerkzeuggussverfahren hergestellt werden, das auf Kerne zur Herstellung der konturierten und texturierten Innendurchgänge angewiesen ist. Durch den Einsatz von Kernen können innerhalb des Formwerkzeugs Innendurchgänge gebildet werden, die im Vergleich zu den derzeit bei herkömmlichen DSC-Werkzeugen vorhandenen Innendurchgängen erheblich verbessert werden. Wie vorstehend erläutert, sind herkömmliche Innendurchgänge des Formwerkzeugs auf Konfigurationen beschränkt, die durch Bearbeitungstechniken möglich sind. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Konfiguration der Innendurchgänge, die mittels Kerngusstechnik hergestellt werden, eine deutlich verbesserte Optimierung der Form dieser Durchgänge. Die Form der Innendurchgänge im Formwerkzeug führt zu einer besseren Kontrolle über die Entlüftung und Erwärmung/Kühlung des Gussteils während des Gießprozesses, was beispielsweise zu deutlich verbesserten Verfestigungsmustern innerhalb des Gussteils führt. Die optimale Konfiguration der Innendurchgänge ermöglicht eine optimale Kontrolle der Entlüftung, Erwärmung und Kühlung verschiedener Bereiche innerhalb der Form für kürzere Gießzykluszeiten und optimierte Verfestigungsmuster für eine verbesserte Gussintegrität.
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Die Optimierung der Form der konturierten Innendurchgänge, die durch die Gussformwerkzeuge ermöglicht werden, arbeitet synergistisch mit der verbesserten ruhigen, nicht turbulenten Formfeile und der direkten Druckbeaufschlagung des DSC-Prozesses zur Herstellung von Gussteilen mit hoher Integrität. Die Graugussformwerkzeuge verfügen über ausreichende Verschleiß- und Ermüdungseigenschaften, um die niedrigeren Metalldrücke und die geringere thermische Ermüdung für den Einsatz mit einem DSC-Verfahren im Vergleich zum HPDC-Verfahren zu bewältigen. Die Fähigkeit, Formwerkzeuge zu gießen, führt zudem zu erheblichen Kosteneinsparungen und kürzeren Durchlaufzeiten im Vergleich zu H13-Stahlformwerkzeugen, die vollständig bearbeitet und mit hohen Toleranzen wärmebehandelt werden müssen.
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In einer exemplarischen Ausführungsform kann eine druckempfindliche Düsenbeschichtung auf das Gussformwerkzeug aufgebracht werden, um eine langsame, ruhende Formfüllung der Werkzeugkavitäten beim Füllen und einen erhöhten Wärmeübergang bei hydrostatischem Metalldruck zu ermöglichen. Eine druckempfindliche Düsenbeschichtung kann eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Wärmeübertragung ohne Druck und eine signifikante Erhöhung des Wärmeübergangs bei Druckbeaufschlagung bieten.
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In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Gusswerkzeug mit einem gekernten, konturierten Innendurchgang mit einer Sandform, beispielsweise durch additive Fertigungstechniken, hergestellt werden. Dies ermöglicht eine schnelle DSC-Werkzeugherstellung in endkonturnaher Form, die unter Umständen nur eine sehr begrenzte Anzahl von Bearbeitungen erfordert. Traditionelle Grünsandformmodelle aus Holz, Kunststoff oder Metall können auch zur Herstellung von Sandformen und Kernen verwendet werden, die anschließend zur Herstellung eines originellen Gussformwerkzeugs mit einem gekernten, konturierten Innendurchgang verwendet werden können.
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Diese Beschreibung ist rein illustrativ und soll die vorliegende Offenbarung sowie ihre Ausführungen oder Verwendungen keineswegs einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Patentansprüchen hervor.
