DE19533529A1 - Verfahren zum Gießen eines Motorblockes aus Aluminium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Motorblockes aus Aluminium, dessen Laufflächen nach dem Ausfräsen der Zylinder-Hohlräume mit einem härteren Metall, insbesondere Nickel, beschichtet werden.

Motorblöcke aus Aluminium verlangen an den Laufflächen ein härteres Metall.

Eine Möglichkeit, das härtere Metall durch die Gußlegierung selbst zur Verfügung zu stellen, besteht in der Verwendung einer übereutektischen Legierung, die Silizium aus­ scheidet. Das Gußteil hat dann genügend Härte und Verschleißfestigkeit, unmittelbar die Laufflächen zu bilden. Die Herstellung ist im Sandguß-Verfahren möglich.

Motorblöcken aus einer untereutektischen Legierung gibt man eingegossene Zylinder-Einsätze aus Grauguß oder eine galvanisch aufgebrachte Beschichtung aus Nickel. Die Beschichtung mit Nickel setzt eine Oberflächenqualität voraus, die bisher nur im Kokillenguß-Verfahren erzeugt werden kann. Kokillenguß ist jedoch oft arbeitsauf­ wendiger, vor allem wegen der Entformung, und läßt nur geringere Freiheit der Formgebung als Sandguß. Auch die Motorblöcke mit den Einsätzen aus Grauguß werden im Kokillenguß-Verfahren hergestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Motorblöcke aus Aluminium mit beschich­ tungsfähigen Laufflächen im Sandguß-Verfahren herzustellen.

Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck in der Weise erfüllt, daß die Zylinder-Hohl­ räume durch in die Sandform eingesetzte Kokillen aus einem Metall geformt werden, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 18 × 10^-6K^-1 hat.

An der Oberfläche der Kokille erstarrt das eingegossene Aluminium infolge der höheren Wärmeleitfähigkeit des Metalls der Kokille schneller als an der Oberfläche der Sand­ form. Dadurch entsteht dort bis in eine Tiefe, innerhalb derer der Metallabtrag durch das Ausfräsen bleibt, ein besseres Gefüge. Vor allem ist die schrumpfungsbedingte Porosität erheblich vermindert.

Auf der solchermaßen verbesserten gefrästen Oberfläche entsteht eine homogene, im wesentlichen porenfreie Beschichtung. Die Poren im Aluminiumgefüge, soweit über­ haupt vorhanden, haben denkbar kleine Durchmesser. Sie wirken sich kaum in die Beschichtung hinein aus.

Die Erfindung setzt insofern Kokillenguß mit Sandguß zusammen, indem sie speziell die Zylinder-Hohlräume des sonst im Sandguß hergestellten Motorblockes im Kokillenguß ausbildet, jedoch mit der weiteren Maßgabe der Verwendung eines anderen Kokillen­ materials.

Dessen verhältnismäßig hoher Ausdehnungskoeffizient ist dem des Aluminiums angenähert, um die Kokille aus dem Gußteil ohne Erwärmen entfernen zu können. Vor­ zugsweise beträgt der Ausdehnungskoeffizient der Kokille 20 × 10^-6K^-1 oder noch ein wenig mehr.

Als besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird die Verwendung einer Kokille aus Messing vorgeschlagen.

Messing erreicht in geeigneter Legierungszusammensetzung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 20 × 10^-6K^-1 und hat neben einer hohen Wär­ meleitfähigkeit eine Wärmekapazität, die auch bei der bevorzugten Ausbildung der Kokille als Hohlzylinder ausreicht, um dem erstarrenden Aluminium genügend Wärme zu entziehen.

Als besonders geeignet werden Kokillen aus einem Messing-Werkstoff der ungefähren Zusammensetzung 60% Cu, 2% Al, 2% Fe, 2% Mn, Rest Zn vorgeschlagen.

Zweckmäßigerweise haben die Kokillen eine leicht konische Außenform, die das Ent­ fernen aus dem Gießteil erleichtert. Es versteht sich, daß die Konizität geringer als die Dicke der beim Ausfräsen der Zylinder-Laufbüchse abgetragenen Schicht sein muß.

Schließlich wird vorgeschlagen, die Kokillen vor dem Gießen induktiv auf etwa 140 bis 160°C zu heizen.

Die Kokille soll die beim Füllen der Gießform an ihr vorbeilaufende Schmelze möglichst wenig abkühlen. Sie soll ihre wärmeentziehende Wirkung erst im gefüllten Zustand der Gießform auf diejenigen Materialbereiche ausüben, die die Zylinder-Hohlräume bilden.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert in Gestalt eines Ausführungsbeispieles.

Die Zeichnung zeigt einen axialen Schnitt durch einen Zylinder mit der Kokille.

Mit 1 ist der Motorblock bezeichnet, der an der Stelle des einen Zylinders geschnitten ist, mit 2 die vorgesehene Lauffläche, mit 3 die Kokille, mit 4 ein nur angedeuteter Induktor.

Die Kokille 3, beispielsweise aus dem oben konkret angegebenen Messing-Werkstoff, wird in einer dem Fachmann an sich geläufigen Weise in die Sandform, in der Regel ein Kernpaket, eingebaut.

Unmittelbar vor dem Gießen wird sie mittels des zu diesem Zweck in sie eingeführten Induktors 4 auf beispielsweise etwa 150°C erwärmt.

Nach dem Entformen sitzt die Kokille 3 zunächst in der dargestellten Weise in dem Zy­ linder-Hohlraum.

Um leichter ausgedrückt werden zu können, ist sie an ihrer Außenseite leicht konisch.

Die Konizität ist wegen ihrer Geringfügigkeit in der Zeichnung nicht sichtbar.

Beim Entfernen des gegossenen Motorblockes bleiben die Kokillen 3 zunächst in den Zylinder-Hohlräumen stecken. Sie können mittels einer einfachen Vorrichtung unter Anwendung geringer Kräfte ausgedrückt werden, die zu keinem Verziehen des Motor­ blockes und keiner Rißbildung führen.

Danach wird die Lauffläche gefräst und beschichtet, beispielsweise mit Nickel nach dem bekannten Nikasil-Verfahren.

Claims (6)

1. Verfahren zum Gießen eines Motorblockes aus Aluminium, dessen Laufflächen nach dem Ausfräsen der Zylinder-Hohlräume mit einem härteren Metall, insbesondere Nickel, beschichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorblock in einer Sandform gegossen wird und die Zylinder-Hohlräume durch in die Sandform eingesetzte Kokillen aus einem Metall geformt werden, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 18 × 10^-6K^-1 hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kokillen aus einem Messing-Werkstoff verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kokillen aus einem Messing-Werkstoff der ungefähren Zusammensetzung 60% Cu, 2% Al, 2% Fe, 2% Mn, Rest Zn verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kokillen mit einer leicht konischen Außenform verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kokillen im wesentlichen von der Form eines Hohlzylinders verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillen vor dem Gießen induktiv beheizt werden, vorzugsweise auf 140 bis 160°C.