DE19533529C2 - Verfahren zum Gießen eines Motorblockes aus Aluminium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Motorblockes aus Aluminium, des­ sen 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 stel­ len, besteht in der Verwendung einer übereutektischen Legierung, die Silizium ausschei­ det. Das Gußteil hat dann genügend Härte und Verschleißfestigkeit, unmittelbar die Lauf­ flächen zu bilden. Die Herstellung ist im Sandguß-Verfahren möglich.

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

Im entfernteren Stand der Technik ist aus der DE 689 01 957 T2 eine Gießform für Grau­ guß bekannt, beispielsweise zum Gießen einer Nockenwelle, die aus einem mit Formsand gefüllten Metallkasten und in dem Formsand angeordneten Kühlvorrichtungen besteht. Die Kühlvorrichtungen, insbesondere von der Form in Querrichtung in den Kastenhälften angeordneter Stahlplatten, sind mit dem Metallkasten fest verbunden. Sie weisen eine mit dem flüssigen Gußeisen in Berührung tretende, formbildende Fläche auf und sorgen hier für eine rasche Abkühlung, die in den betreffenden Bereichen, im Beispiel der Nocken­ welle an den Nocken, eine erhöhte Härte des Gußstückes zur Folge hat.

In der DE-OS 20 25 330 ist eine Herstellung von Graugußzylindern für Brennkraftmaschi­ nen beschrieben mit der kennzeichnenden Verfahrensweise, daß die Lauffläche des Zylinders durch eine als Kern in die Gußform eingesetzte. Stahlbuchse beim Gießvorgang erzeugt wird, wobei sich die Tiefe des ledeburitischen Gefüges der Lauffläche durch ent­ sprechende Bemessung der Wandstärke der Stahlbuchse ergibt, die nach dem Entformen entfernt wird; sie wird ausgepreßt oder ausgedreht.

Die DE 41 10 145 A1 hat ein Verfahren zum Formen einer Aluminium-Silizium-Legierung zum Inhalt, beispielsweise zur Herstellung von Kolben. Die Oberfläche des Gußteiles soll eine geringe Porosität und im wesentlichen feinkörniges Silizium aufweisen, um eine gleichmäßige Aluminitbeschichtung zu ermöglichen. Zu diesem Zweck werden das Hinzu­ fügen eines Flußmittels, ein Vorkühlen der Gießform und als Material der Gießform eine Cu-W-Legierung von besonderer Wärmeleitfähigkeit vorgeschlagen.

In der DE-Z Gießereitechnik, 17, 1971, 9, Seiten 296 bis 299 wird schließlich über die Anwendung anodisch oxydierter Aluminiumkokillen in der Aluminiumgießerei berichtet. Insbesondere steht die Herstellung von Maschinenteilen oder dekorativen Gegenständen in Betracht. Die Möglichkeit, Kokillenteile aus Aluminium mit solchen aus Eisen zu kombi­ nieren, ist erwähnt.

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-Hohlräume durch in die Sandform eingesetzte Kokillen, die aus einem Messing-Werkstoff bestehen, geformt werden, und der Messing-Werkstoff einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 18 × 10^-6 K^-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 Sandform. Dadurch entsteht dort bis in eine Tiefe, innerhalb derer der Metallabtrag durch das Ausfrä­ sen bleibt, ein besseres Gefüge. Vor allem ist die schrumpfungsbedingte Porosität erheb­ lich vermindert.

Auf der solchermaßen verbesserten gefrästen Oberfläche entsteht eine homogene, im wesentlichen porenfreie Beschichtung. Die Poren im Aluminiumgefüge, soweit überhaupt 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 angenä­ hert, um die Kokille aus dem Gußteil ohne Erwärmen entfernen zu können. Vorzugsweise beträgt der Ausdehnungskoeffizient der Kokille 20 × 10^-6 K^-1 oder noch ein wenig mehr.

Messing erreicht in geeigneter Legierungszusammensetzung einen ausreichend großen Wärmeausdehnungskoeffizienten und hat neben einer hohen Wärmeleitfähigkeit 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, die aus einem Messing-Werkstoff bestehen, geformt werden, und der Messing-Werkstoff einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von mehr als 18 × 10^-6 K^-1 hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kokillen aus einem Messing-Werkstoff der Zusammensetzung 60% Cu, 2% Al, 2% Fe, 2% Mn, Rest Zn verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kokillen mit einer leicht konischen Außenform verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kokillen von der Form eines Hohlzylinders verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillen vor dem Gießen induktiv beheizt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokillen auf 140 bis 160°C beheizt werden.