DE19653668A1

DE19653668A1 - Method for casting hollow components

Info

Publication number: DE19653668A1
Application number: DE1996153668
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Hopf; Juergen Prof Dr Ing Bast; Lutz Dipl Ing Lang; Peter Dipl Ing Lippek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-06-18

Abstract

The method concerns production of cast components with internal hollow spaces without use of casting cores. With use of any casting procedure, a melt consisting of two different metals is introduced into a mould with a cavity corresponding to the shape of the casting to be produce. The melt stays on the mould surfaces for a predetermined time, and is then removed from the mould as a non-solidified melt residue.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegossenen Teilen aus den unterschiedlichsten Gießmetallen, in denen durch das Entfernen der noch nicht er starrten Restschmelze Hohlräume in beliebiger Gestalt und Größe mit darin befindli chen Verstrebungen hergestellt werden können. Die Wanddicke der Teile ist von der Erstarrungszeit abhängig.The invention relates to a method for producing cast parts from the various casting metals, in which by removing the not yet staring residual melt cavities of any shape and size with inside Chen struts can be produced. The wall thickness of the parts is of the Freezing time dependent.

Das Anwendungsfeld dieser Teile umfaßt das gesamte Gebiet gegossener Teile und Gießmetalle, wobei durch das Fehlen von Metall im Inneren des Teiles eine erhebli che Masseeinsparung zu beobachten ist, so daß sich diese Teile durch eine sehr geringe Masse auszeichnen. Für bestimmte Anwendungsfälle kann der innere Hohl raum mit Werkstoffen gefüllt werden, die dem Teil vollkommen neue Eigenschafts kombinationen verleihen.The field of application of these parts covers the entire area of cast parts and Cast metals, due to the lack of metal in the interior of the part che mass savings can be observed, so that these parts by a very distinguish low mass. The inner cavity can be used for certain applications be filled with materials that give the part completely new properties give combinations.

Üblicherweise werden innere Hohlräume in einem Gußstück mit Hilfe von Gießerei kernen aus Metall, Formstoffmischungen oder keramischem Material erzeugt.Usually, internal voids in a casting are made using foundry cores made of metal, molding material mixtures or ceramic material.

Die Metallkerne für das Dauerformgießverfahren werden in einem material- und zeit aufwendigen spangebenden Produktionsprozeß hergestellt. Bei den Sand- oder Ke ramikkernen sind spezielle Kernkästen erforderlich, in denen die Gestaltsgebung der ungebundenen Formstoffmischungen vorgenommen wird. Auch dieser Prozeß zeichnet sich durch hohe Kosten für die Werkstoffe, Werkzeuge und Fertigungsver fahren aus. Erfindungsgemäß werden die in einem Gußteil geforderten Hohlräume dadurch erzeugt, daß das flüssige Metall mit Hilfe eines beliebigen Gießverfahrens in eine Form gefüllt wird. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, in der die Schmelze beginnend von den Formwänden aus in den festen Zustand übergeht, wird das noch nicht erstarrte flüssige Metall aus dem Inneren des Gußstückes wieder entfernt. Bei entsprechender Erstarrungsmorphologie des Metalls oder beim Einsatz einer örtlich zielgerichteten Kühlung können im Hohlraum des Gußteils Verstrebungen als Unter stützung für die erstarrten Gußteilrandzonen ausgebildet werden. Derartige Verstre bungen können aber auch durch das Einformen von vorgefertigten Metallgittern in Polystyrolschaummodellen bei der Gußteilfertigung nach dem Vollformgießverfahren in das Innere des Gußteils eingebracht werden.The metal cores for the permanent molding process are made in one material and time elaborate cutting production process. With the sand or Ke Ceramic cores require special core boxes in which the design of the unbound molding material mixtures is made. This process too is characterized by high costs for materials, tools and manufacturing processes drive out. According to the invention, the cavities required in a casting generated in that the liquid metal in any casting process in a mold is filled. After a predetermined time, in which the melt starting from the mold walls to the solid state, it will non-solidified liquid metal removed from the inside of the casting. At appropriate solidification morphology of the metal or when using a local Targeted cooling can be braced as a sub in the cavity of the casting support for the solidified casting edge zones are formed. Such verstre Exercises can also be made by molding prefabricated metal grids into Polystyrene foam models in cast part production using the full molding process be introduced into the interior of the casting.

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegossenen Teilen aus den unterschiedlichsten Gießmetallen, in denen durch das Entfernen der noch nicht er starrten Restschmelze aus der Form Hohlräume beliebiger Gestalt und Größe er zeugt werden können.The invention relates to a method for producing cast parts from the various casting metals, in which by removing the not yet residual melt stared out of the shape of cavities of any shape and size can be witnessed.

Characteristic of the known prior art

Gußteile werden durch das Eingießen einer Schmelze in einen den flüssigen Metall gestaltsgebenden Hohlraum einer vorgefertigten Form erzeugt. In diesem Hohlraum erfolgt der Entzug der dem flüssigen Metall innewohnenden Wärme, wodurch eine Änderung des flüssigen in den festen Aggregatzustand erfolgt. Die Ausbildung inne rer Hohlräume im Gußteil wird dabei in Abhängigkeit vom Gußteilfertigungsverfahren mit Hilfe von Kernen aus Metall, Kernformstoffmischungen oder keramischem Mate rial vorgenommen. Im Falle des Dauerformgießverfahrens werden die metallischen Kerne in einem material- und zeitaufwendigen spangebenden Fertigungsprozeß hergestellt. Um diese metallischen Kerne aus dem erstarrten Gußteil zu entfernen, müssen sie eine bestimmte Konizität besitzen. Diese Konizität bildet sich im Gußteil ab und muß gegebenenfalls durch zusätzliche mechanische Bearbeitung ausgegli chen werden. Bei der Verwendung von Kernen aus Formstoffmischungen sind am Modell sogenannte Kernmarken erforderlich, die in der Form die Auflageflächen für die vor dem Formzusammenbau einzulegenden Kerne abbilden.Castings are made by pouring a melt into a liquid metal shaping cavity created a prefabricated form. In this cavity the heat inherent in the liquid metal is withdrawn, causing a Change from the liquid to the solid state of aggregation takes place. The training rer cavities in the casting is dependent on the casting manufacturing process with the help of cores made of metal, core molding material mixtures or ceramic mate rial made. In the case of the permanent mold casting process, the metallic Cores in a material and time-consuming cutting manufacturing process produced. To remove these metallic cores from the solidified casting, they must have a certain taper. This conicity is formed in the casting from and may have to be compensated for by additional mechanical processing will be. When using cores from molding material mixtures are on Model so-called core brands required, which are in the form of the contact surfaces for map the cores to be inserted before the mold is assembled.

Sowohl bei den metallischen als auch den Sand- oder Keramikkernen kann in den Spalt zwischen Form und Kern flüssiges Metall eindringen, das nach seiner Erstar rung als unerwünschter Grat am Gußteil wiederzufinden ist. Dieser Grat muß vor der Auslieferung des Gußteils durch Putzen beseitigt werden. Um das Aufschrumpfen der erstarrenden Schmelze auf die Kerne zu vermeiden, das zur Ausbildung von Warmrissen im Gußteil führen kann, muß der metallische Kern rechtzeitig aus der Form gezogen werden. Von den Kernen aus Formstoffmischungen oder kerami schem Material wird eine entsprechende Nachgiebigkeit gefordert. Da sich die Kerne im Inneren des Formhohlraumes befinden, stellen sie Bereiche einer verstärkten Ab kühlung des flüssigen Metalls dar. Dies führt dazu, daß geringe Wanddicken des Gußteils nicht ausgefüllt werden, wodurch Ausschuß infolge von Kaltschweißen ent steht. Außerdem werden dadurch der gestalterischen Freiheit bei der Gußteilkon struktion Grenzen auferlegt. Bei großvolumigen Sandkernen kann sich ihre Entfer nung aus dem Gußteilinneren insbesondere dann als problematisch erweisen, wenn die Öffnungen klein sind.Both the metallic and the sand or ceramic cores can be used in the Liquid metal penetrate the gap between the mold and core, which after its solidification tion is found as an undesirable burr on the casting. This ridge must be in front of the Delivery of the cast part to be eliminated by cleaning. About shrinking to prevent the solidifying melt from forming on the cores Can lead to hot cracks in the casting, the metallic core must be out of time Shape. From the cores from molding material mixtures or kerami a corresponding flexibility is required. Because the cores are inside the mold cavity, they represent areas of a reinforced Ab cooling of the liquid metal. This leads to the fact that thin walls of the Cast part can not be filled, resulting in rejects due to cold welding stands. It also gives freedom of design in the casting structure imposed limits. With large-volume sand cores, their distance can change prove particularly problematic from the inside of the casting if the openings are small.

Summary

Zur Zeit stellen die angewendeten Verfahren zum Einlegen von Kernen in die Formhohlräume die übliche Praxis dar. Sie ist sehr material- und kostenaufwendig und beinhaltet eine Reihe von Ausschußursachen bei der Gußpro duktion.At present, the procedures used to insert of cores into the mold cavities is the usual practice. It is very material and costly and includes a number of committee causes at Gußpro production.

Aim of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, Hohlräume im Inneren von Gußteilen ohne den Ein satz von Kernen zu erzeugen, wodurch die aufgeführten Nachteile ausgeschaltet werden sollen.It is the object of the invention to create voids inside castings without the one generate set of cores, eliminating the disadvantages listed should be.

State the nature of the invention

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde im Inneren von Gußteilen Hohl räume zu erzeugen, die ohne den Einsatz von Kernen entstehen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das flüssige Metall unter Verwendung unter schiedlichster Gußverfahren in den Formhohlraum gefüllt wird. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit wird die noch nicht erstarrte Restschmelze aus der Form wieder entfernt. An den Formhohlraumwänden ist zwischenzeitlich der Übergang des Me talls aus dem flüssigen in den festen Aggregatzustand vonstatten gegangen, so daß in Übereinstimmung mit der vorgegebenen Haltezeit zwar die Außenkontur des Gußteiles vorliegt, sein Inneres aber vollkommen hohl ist.The invention is based on the technical problem in the interior of hollow castings to create spaces that are created without the use of cores. According to the invention the object is achieved in that the liquid metal using under a variety of casting processes is filled in the mold cavity. After a The remaining melt which has not solidified from the mold again is given the predetermined time away. In the meantime, the transition of the Me talls went from the liquid to the solid state, so that the outer contour of the Casting is present, but its interior is completely hollow.

Die Wanddicke der Außenkontur kann durch Variation der Haltezeit bzw. durch zu sätzliche globale oder örtliche Kühlung gesteuert werden. Bei Einstellung von örtlich sehr stark wirkenden Kühlungen kann das erstarrende Metall Verstrebungen zwi schen den gegenüberliegenden Gußteilwänden aufbauen. Bei der Herstellung von Gußteilen mit Hilfe von Polystyrolschaummodellen können diese Verstrebungen (auch in Gitterform) in die Modelle eingebracht werden. Bei der Formfüllung findet so dann ein Verschweißen dieser Verstrebungen mit dem flüssigen Metall statt. Unter Einsatz dieser Technologien lassen sich extrem leichte Gußteile mit hoher Gestalts festigkeit erzeugen, deren Struktur der eines Knochens sehr ähnlich ist.The wall thickness of the outer contour can be varied by varying the holding time or by additional global or local cooling can be controlled. When setting locally very strong cooling can solidify the metal struts between build up the opposite casting walls. In the manufacture of Castings with the help of polystyrene foam models can make these struts (also in grid form) can be introduced into the models. So when filling the mold then these struts are welded to the liquid metal. Under These technologies can be used to make extremely light castings with a high design generate strength, the structure of which is very similar to that of a bone.

Diese knochenartige Struktur kann auch durch das nachträgliche Ausschäumen der Gußteilhohlräume erzeugt werden.This bone-like structure can also be achieved by subsequently foaming the Casting cavities are created.

Embodiment

Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Verfahrensschritte beim Niederdruck gießverfahren beispielhaft erläutert werden.In the following, the invention is intended to be based on the process steps in low pressure casting process are exemplified.

In der Abb. 1a ist eine Niederdruckgießeinrichtung (1) mit einer den Tiegelraum (2) abdichtenden Form (3) dargestellt. In der Form befinden sich der Formhohlraum (4), der die Gestalt des zu erzeugenden Gußteils aufweist. Das Gießsystem (5) ist mit dem Steigrohr (6) der Niederdruckgießeinrichtung verbunden. Durch das Öffnen des Ventils (7) strömt Druckluft über den Stutzen (8) aus dem Kessel (9) in den Tie gelraum. In diesem befindet sich der Schmelztiegel (10) mit der Schmelze (11), die durch Heizelemente (12) im flüssigen Zustand gehalten wird. Das Steigrohr der Nie derdruckgießeinrichtung taucht in das flüssige Metall ein. Die in den Tiegelraum ein strömende Druckluft bewirkt im Ofenraum eine Erhöhung des Druckes, der auf den Badspiegel der Schmelze wirkt. Infolgedessen steigt die Schmelze durch das Stei grohr in den Formhohlraum und füllt diesen aus. An den Formwänden kommt es zu einer Kristallisation der Schmelze (Abb. 1b). Fig. 1a shows a low-pressure casting device ( 1 ) with a mold ( 3 ) sealing the crucible space ( 2 ). The mold cavity ( 4 ), which has the shape of the cast part to be produced, is located in the mold. The casting system ( 5 ) is connected to the riser pipe ( 6 ) of the low pressure casting device. By opening the valve ( 7 ), compressed air flows through the nozzle ( 8 ) from the boiler ( 9 ) into the deep gel chamber. This contains the crucible ( 10 ) with the melt ( 11 ), which is kept in the liquid state by heating elements ( 12 ). The riser pipe of the die casting device is immersed in the liquid metal. The compressed air flowing into the crucible chamber causes an increase in the pressure in the furnace chamber, which acts on the bath level of the melt. As a result, the melt rises through the Stei grohr into the mold cavity and fills it. The melt crystallizes on the mold walls ( Fig. 1b).

Nach einer erstarrungstechnologisch vorgegebenen Zeit wird durch Umschalten des Ventils eine Verbindung des Tiegelraumes mit der Atmosphäre hergestellt. Als Folge dessen sinkt der Druck im Tiegelraum auf den Atmosphärendruck ab, wodurch die Ursache für das Verbleiben der Schmelze im Formhohlraum wegfällt. Das noch nicht erstarrte Metall strömt in den Tiegel zurück.After a time specified by solidification technology, by switching the Valve connects the crucible space with the atmosphere. As a result the pressure in the crucible space drops to atmospheric pressure, causing the The reason for the melt remaining in the mold cavity is eliminated. Not yet solidified metal flows back into the crucible.

Im Formhohlraum verbleibt die feste Außenkontur (13) des mit einem Hohlraum (14) erzeugten Gußteils (Abb. 1c). Dieses kann nach dem Abnehmen der Form von der Niederdruckgießeinrichtung aus ihr entnommen werden.The fixed outer contour ( 13 ) of the cast part produced with a cavity ( 14 ) remains in the mold cavity ( Fig. 1c). This can be removed from the low-pressure casting device after the mold has been removed.

Das in diesem Beispiel vorgesehene Niederdruckgießverfahren ist für die Prak tizierung der Erfindung keineswegs zwingend. Wichtig ist nur, daß die Schmelze nach dem Einbringen in den gestaltsbildenden Hohlraum einer Gieß form dort eine vorbestimmte Abkühlzeit verbleibt, um die gewünschte Wand stärke des Gußstücks auszubilden, und daß nach dieser Abkühlzeit die nicht erstarrte Restschmelze schnell genug wieder aus dem Hohlraum entfernt wird. Im einfachsten fall und bei nicht zu großen Gußstücken kann das Entfernen der Restschmelze durch Auskippen der Gießform von Hand erfolgen.The low pressure casting process provided in this example is for the Prak tication of the invention is not mandatory. It is only important that the Melt after being introduced into the shape-forming cavity of a casting form there a predetermined cooling time remains around the desired wall form strength of the casting, and that after this cooling time not solidified residual melt is removed from the cavity quickly enough. In the simplest case and when the castings are not too large, they can be removed the residual melt is done by tipping the mold by hand.

Claims

1. A process for the production of cast parts with internal cavities without the use of foundry cores, characterized in that a melt from a wide variety of cast metals is filled into a mold with the shape-forming cavity of the cast part to be produced with the help of any casting process in this a predetermined time remains in the mold walls and is removed from the mold as a non-solidified residual melt after this time.

2. The method according to claim 1, characterized in that by global or local cooling effect struts in the inner cavity of the casting hen, which give the cast part a bone-like structure.

3. The method according to claim 1, characterized in that the struts (also lattice-like) made of melt-like or non-melt materials the form are filled in when filling the form with the Weld the melt and the cast part a bone-like structure to lend.

4. The method according to claim 1, characterized in that the inner hollow space of the cast part is filled by foaming.