DE2048157B2

DE2048157B2 - USE OF A LOW MELTING CAST ALLOY TO MAKE MOLDING TOOLS

Info

Publication number: DE2048157B2
Application number: DE19702048157
Authority: DE
Inventors: Herbert Alexander Havertown Pa. Jahnle (V.StA.)
Original assignee: The Budd Co., Philadelphia, Pa. (V.StA.)
Priority date: 1969-09-30
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1977-02-17
Also published as: GB1329857A; SE351238B; JPS515344B1; US3671227A; FR2062797A5; CA932181A; DE2048157A1; ES384137A1

Description

4. Verwendung einer im Ansprach 3 genannten Legierung, die jedoch IO bis W⁰A Kupfer enthält, für den Zweck nach Anspruch t. , , ,4. Use of an alloy mentioned in spoke 3, but containing IO to W ⁰ A copper, for the purpose of claim t. ,,,

& Verwendung einer in den Ansprüchen 1 bis 4 genannten Legierung als Hintergießleglerung für Formwerkzeuge.& Use of an alloy mentioned in claims 1 to 4 as a back casting for Forming tools.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine besondere Verwendung einer niedrig schmelzenden, kriechfesten Gußlegierung aus 10 bis 30% Aluminium, 5 bis 20% Kupfer, Rest Zink.The invention relates to a particular use of a low-melting, creep-resistant Cast alloy made of 10 to 30% aluminum, 5 to 20% copper, the remainder zinc.

Gußlegierungen, die aus 30 bis 66% Aluminium, ein Sechstel bis ein Viertel des Aluminiumgehalts an Kupfer, also 5 bis 163% Kupfer, Rest Zink bestehen, sind beispielsweise aus der GB-PS 9 18 390 als Lagermaterialien bekanntCast alloys made from 30 to 66% aluminum Sixth to a quarter of the aluminum content of copper, i.e. 5 to 163% copper, the remainder being zinc, are known for example from GB-PS 9 18 390 as storage materials

Für Formwerkzeuge, wie Stanzwerkzeuge, Preßwerkzeuge usw. zum Bearbeiten und Formen von Metall Blech und dergleichen wurden in der Vergangenheit viele Zusammensetzungen vorgeschlagen. Eisenlegierungen wie Gußeisen, Gußstahl und Werkzeugstähle werden normalerweise für die Massenproduktion, wie sie im Automobil- und dem Gerätegebiet auftreten, verwendet Wie in dem Buch »Zinc, the Metal; Its Alloys and Compounds« (1959) Seiten 448 bis 450 angegeben, wurden Legierungen auf Zinkbasis, die aus Zink mit kleinen Zusätzen von Kupfer und Aluminium bestehen, für verhältnismäßig niedere Produktionszahlen oder für Prototypen oder Muster verwendet. Solche Zink-Basis Legierungen haben eine nominale Zusammensetzung von 4% Aluminium, 4% Kupfer, 1% Magnesium und der Rest Zink. Derartige Legierungen haben eine typische Zugfestigkeit von 2460 kg/cm² und eine typische Brinellhärte von 100, aber sie besitzen keine Streckgrenze, wie sie normalerweise in den meisten Metallen anzutreffen ist, wegen ihres schlechten Kriechwiderstandes bei Raumtemperatur. Während Gußeisen nicht kriecht, wird eine der genannten Zinklegierungen beträchtlich kriechen, nämlich beispielsweise 0,1 cm/cm in einer Stunde bei einer Belastung von 3160 kg/cm².Many compositions have been proposed in the past for forming tools such as punching dies, pressing dies, etc. for working and shaping metal sheet and the like. Ferrous alloys such as cast iron, cast steel, and tool steels are typically used for mass production such as those found in the automotive and appliance industries. As described in the book, Zinc, the Metal; Its Alloys and Compounds ”(1959) pages 448-450, zinc-based alloys consisting of zinc with small additions of copper and aluminum have been used for relatively low production numbers or for prototypes or samples. Such zinc-based alloys have a nominal composition of 4% aluminum, 4% copper, 1% magnesium and the remainder zinc. Such alloys have a typical tensile strength of 2460 kg / cm ² and a typical Brinell hardness of 100, but they do not have the yield strength normally found in most metals because of their poor creep resistance at room temperature. While cast iron does not creep, one of the zinc alloys mentioned will creep considerably, for example 0.1 cm / cm in one hour at a load of 3160 kg / cm ² .

Trotzdem wurden die genannten Zinklegierungen anstelle von Gußeisen für niedrige Produktionszahlen verwendet, obgleich sie teurer pro Gewichtseinheit als Gußeisen sind, weil sie für niedrigere Gesamtkosten hergestellt werden können als Gußeisen. Da die Zinkbasislegierungen bei viel geringeren Temperaturen (454°C) als Gußeisen (über 1204⁰C) gegossen werden, kann die sich ergebende Fertigtoleränz in viel höherem Maße kontrolliert werden, Nur geringfügige rnaschinel-Ie Bearbeitung
Verwendung v<sp
erforderlich;
Verwendung
müssen. Die KNevertheless, the aforesaid zinc alloys have been used in place of cast iron for low production numbers, although they are more expensive per unit weight than cast iron because they can be manufactured for a lower total cost than cast iron. Since the zinc-based alloys at much lower temperatures (454 ° C) as the cast iron is poured (about 1204 ⁰ C), the resulting Fertigtoleränz can be controlled to a much greater extent Only minor machining rnaschinel-Ie
Use v <sp
necessary;
use
have to. The K

p die Zinklegierung vor der jbnen hergestellten Werkzeugen Güßeisenwerkzeage vor ihrer _r _ jch maschinell bearbeitet werden der maschinellen Bearbeitung für verwickelt gestaltete Formwerkzeuge aus Gußeisen sind sehr hoch infolge der erforderlichen hochqualifizierten Mechaniker und teuren Einrichtungen.edit jch machine p zinc alloy before jbnen manufactured tools Güßeisenwerkzeage before their _r _ machining of intricate designed molds made of cast iron are very high due to the required highly skilled mechanic and expensive facilities.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Formwerkzeuge eine Legierung zu finden, die die geschilderten Nachteile der für solche Werkzeuge ZWleg^eningen nicht aufweist, aber unter mge rteile derselben.The invention is based on the object for Form tools to find an alloy that has the disadvantages of such tools ZWleg ^ eningen does not have, but under according to the same.

fiese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung der eingangs angegebenen Legierung aus 10 bis 30% Aluminium, 5 bis 20% Kupfer, Rest Zink zur Herstellung von Formwerkzeugen.This object is achieved according to the invention by using the alloy specified at the beginning Made of 10 to 30% aluminum, 5 to 20% copper, the remainder zinc for the production of molds.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Abwandlungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Particularly advantageous developments and modifications of the invention emerge from the Subclaims.

Der durch die erfindungsgemäße Verwendung der angegebenen Gußlegierung für Formwerkzeuge erzielte technische Fortschritt läßt sich wie folgt zusammenfassen: The achieved by the inventive use of the specified casting alloy for molds technical progress can be summarized as follows:

Erstens: Die Leichtigkeit und Wirtschaftlichkeit der Verfahren des Schmelzens und des Präzisionsgießens der Werkzeuge aus diesen Legierungen wird infolge ihres niedrigeren Schmelzpunktes verbessert. Da nur niedrige Temperaturen für die Bildung der Werkzeuge aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen erforderlich sind, können große Ersparnisse erzielt werden durch die Anwendung von Schmelzgußsystemen, die geringere Hitzeaufwendungen als die bisher zum Gießen verwendeten Legierungen erfordern.First: The ease and economy of the Process of melting and precision casting tools made from these alloys are improved due to their lower melting point. Because only low temperatures for the formation of the tools from the alloys to be used according to the invention are required, great savings can be achieved through the use of fusion casting systems, which require less heat than the alloys previously used for casting.

Zweitens: Da die Kriechwiderstands- und Härteeigenschaften der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen bei hohen Druckbelastungen annehmbar sind, ergibt r.ich für die aus diesen Legierungen hergestellten Werkzeuge eine Vielfältigkeit von Anwendungen, die größer ist, als für die aus den bisher verwendeten Zinkbasislegierungen hergestellten Werkzeuge. Second, because the creep resistance and hardness properties are those to be used in the present invention Alloys are acceptable at high pressure loads, r.ich results for those made from these alloys The tools manufactured have a variety of applications that is greater than for those from the previous ones tools made using zinc-based alloys.

Drittens: Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen bilden metallurgische Bindungen mit Metallen wie Nickel, Kupfer und Eisen.Third: The alloys used according to the invention form metallurgical bonds with metals like nickel, copper and iron.

Aus diesem Grunde können sie als Unterstützung oder Hinterlegung für elektrogeformte Formen als den vorgenannten Metallen dienen. Elektrogeformte Formen stellen ein Mittel zum genauen Kopieren von verwickelten Gestalten dar. Solche Formen werden dann mit den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen verbunden, um eine innige Unterstützung und um Verfahren zum Anbringen der Werkzeuge, der Gesenksätze der Werkzeuge und Mittel zu deren Befestigung zu bilden.Because of this, they can be used as a support or deposit for electroformed molds as the the aforementioned metals are used. Electroformed shapes provide a means of accurately copying intricate shapes. Such shapes are then to be used according to the invention Alloys connected to an intimate support and to method of attaching the tools that Form die sets of the tools and means for their attachment.

Im allgemeinen werden die aus der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung hergestellten Formwerkzeuge hergestellt durch Gießen der Legierung in einer, die gewünschte Gestalt aufweisenden, Sandform unter Verwendung von wohlbekannten Verfahren. Infolge der niedrigen Schmelzpunkte der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen können jedoch die aus den Legierungen hergestellten Gußstücke aus Öfen bei Temperaturen erheblich unterhalb 538° C und vorzugsweise bei etwa 482 bis 510⁰C gegossen werden.In general, the molds made from the alloy to be used in the present invention are made by casting the alloy in a sand mold of the desired shape using well known methods. Due to the low melting points of the present invention to be used in alloys, however, the castings made from the alloys of ovens at temperatures may be cast below 538 ° C and preferably about 482-510 ⁰ C significantly.

Da die Härte, d h. 190 bis 250 Brinell, der aus der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung hergestellten Werkzeuge vorteilhaft mit der der gewöhnlichSince the hardness, i.e. 190 to 250 Brinell, the one made from the alloy to be used according to the invention Tools advantageous with that of the ordinary

für Formwerkzeuge verwendeten Gußeiseniegierungen vergleichbar ist können sie für die meisten Anwendungen die Gußeisenwerkzeuge ersetzen. Gewünschtenfidls können für Anwendung, bei denen ungewöhnlich schwere Abnützungszustände auftreten, gehärtete .Stahleinsätze in die aus der erfindungsgemäß zu '«erwendenden Legierung hergestellten Werkzeuge während deren Herstellung eingegossen werden.cast iron alloys used for molding tools comparable, they can replace cast iron tools for most applications. Desired fidls can be hardened for applications subject to unusually severe wear and tear Steel inserts in the tools made from the alloy to be used according to the invention are poured during their manufacture.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend beschrieben, und einige derselben sind in der Zeichnung '° veranschaulichtEmbodiments of the invention are described below and some of them are shown in the drawing illustrated

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

Fig. 1 einen perspektivischen Schnitt durch zusammenwirkende, aus einer erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung bestehende Ziehgesenke; und ¹S1 shows a perspective section through cooperating drawing dies consisting of an alloy to be used according to the invention; and ¹ p

Fig.2 einen perspektivischen Schnitt durch ein Formgesenk mit einer äußeren Schale und einer die Schale unterstützenden erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung.2 shows a perspective section through a Mold with an outer shell and one to be used according to the invention to support the shell Alloy.

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example 1

Wie in F i g. 1 veranschaulicht, besteht ein zur Herstellung eines becherförmigen, einen flachen Boden aufweisenden Teiles dienendes Werkzeugpaar aus einem Stößel 10 und einem Ziehring 12. Diese beiden Werkzeugteile werden in einer Sandform gegossen aus einem Ofen mit einer Temperatur von 482° C unter Verwendung einer Legierung bestehend aus 15% Kupfer, 20% Aluminium und 65% Zink. Die Brinellhärte des Gußteils nach Abschreckung von 371⁰C betrug 174 bis 183.As in Fig. 1, a pair of tools used to produce a cup-shaped, flat-bottomed part consists of a plunger 10 and a drawing ring 12. These two tool parts are cast in a sand mold from a furnace with a temperature of 482 ° C. using an alloy consisting of 15% copper, 20% aluminum and 65% zinc. The Brinell hardness of the casting after quenching from 371 ⁰ C was 174-183.

Der Stößel 10 und der Ziehring 12 wurden verwendet zur Formung von 1000 Metallblechbechern aus Kohlenstoffstahl (Automobilgüte), 100 Bechern aus Aluminiumlegierung 5052 und 20 Bechern aus Type 301 nichtrostendem Stahl. Messungen des Stößels und des Ziehringes vor und nach der Formung zeigten keine Abnutzung.The ram 10 and die ring 12 were used to form 1,000 sheet metal cups Carbon steel (automotive grade), 100 aluminum alloy 5052 cups and 20 type 301 cups stainless steel. Measurements of the ram and the drawing ring before and after forming showed none Wear.

Example 2

Ein dem Beispiel 1 ähnlicher Stößel wurde in ähnlicher Weise gegossen, durch Gießen aus einem Ofen mit einer Temperatur von 538° C unter Verwendung einer Legierung bestehend aus 10% Aluminium, 15% Kupfer und 75% Zink. Das Werkzeug hatte einen Schmelzpunkt \on 488° C Die Brinellhärte des Stößels im Gußzustand und im bei 374° C abgeschreckten Zustand war 137. Der Stößel wurde für eine Metallblechbearbeitung verwendet und erlitt keine Abmessungsänderungen.A ram similar to Example 1 was similarly cast by casting from one Furnace with a temperature of 538 ° C using an alloy consisting of 10% aluminum, 15% copper and 75% zinc. The tool had one Melting point 488 ° C. The Brinell hardness of the ram in the as-cast state and in the quenched at 374 ° C The condition was 137. The ram was used for sheet metal processing and did not suffer Dimensional changes.

Example 3

Ein dem des Beispiels 2 ähnlicher Stößel wurde in der gleichen Weise hergestellt aus einer Legierung bestehend aus 30% Aluminium, 15% Kupfer und 55% Zink. Das Werkzeug hatte einen Schmelzpunkt von 474°C, im Gußzustand eine Brinellhärte von 131 und im von 374° C abgeschreckten Zustand eine Brinellhärte von 163.A tappet similar to that of Example 2 was made of an alloy in the same manner made of 30% aluminum, 15% copper and 55% zinc. The tool had a melting point of 474 ° C, im As cast condition a Brinell hardness of 131 and im of 374 ° C a Brinell hardness of 163 in the quenched state.

Der Stößel zeigte keine Abmessungsänderungen bei Verwendung für konventionelle Metallblechbearbeitung. The ram showed no dimensional changes when used for conventional sheet metal working.

Example 4

Ein dem Beispiel 1 ähnlicher Stößel wurde in der gleichen Weise hergestellt aus einer Legierung bestehend aus 15% Kupfer, 20% AJuminium, 2% Nickel und 63% Zink. Das Werkzeug hatte einen Schmelzpunkt von 432° C, im Gußzustand eine Brinellhärte von 156 und im von 173° C abgeschreckten Zustand eine Brinellhärte von 179.A tappet similar to Example 1 was made of an alloy in the same manner made of 15% copper, 20% aluminum, 2% nickel and 63% zinc. The tool had a melting point of 432 ° C, in the as-cast state a Brinell hardness of 156 and in the quenched state of 173 ° C one Brinell hardness of 179.

Der Stößel zeigte keine Anzeichen von Kriechen, wenn er einer Druckbelastung von bis zu 3150 kg/cm² während ausgedehnter Zeiträume unterworfen wurde.The ram showed no evidence of creep when subjected to a compressive load of up to 3150 kg / cm ² for extended periods of time.

Example 5

Ein Stößel wurde gemäß dem für Beispiel 1 angegebenen Verfahren hergestellt aus einer Legierung bestehend aus 15% Kupfer, 20% Aluminium, 2% Eisen und 63% Zink. Die Legierung hatte einen Schmelzpunkt von 432°C Es ergab sich, daß der in dieser Weise herges«e"te Stößel im Gußzustand eine Brineühärte von 156 und im von 374° C abgeschreckten Zustand eine Brinellhärte von 197 aufwies.A ram was made from an alloy according to the procedure given for Example 1 consisting of 15% copper, 20% aluminum, 2% iron and 63% zinc. The alloy had a melting point of 432 ° C. It was found that the tappet produced in this way had a Brine hardness of 156 and had a Brinell hardness of 197 when quenched at 374 ° C.

Der Stößel wurde Druckbelastungen bis zu 3160 kg/cm² unterworfen, ohne daß sich Anzeichen von Kriecher ergaben.The ram was subjected to compressive loads of up to 3160 kg / cm ² with no evidence of creep.

Example 6

F i g. 2 zeigt ein Werkzeug, bestehend aus einer Schale 14, in Becherform mit einem Durchmesser 16 von 10,16 cm und einer Wandhöhe 18 von 1,9 cm. Im Inneren der Schale 14 befindet sich eine Unterstützung oder Hinterlegung 20.F i g. 2 shows a tool consisting of a shell 14, in the form of a cup with a diameter 16 of 10.16 cm and a wall height 18 of 1.9 cm. Internally the shell 14 has a support or deposit 20.

Die Schale 14 wurde aus Nickel elektrogeformt und die Unterstützung wurde in der nachstehend angegebenen Weise aus einer aus 10% Kupfer, 20% Aluminium und 70% Zink bestehenden Legierung hergestellt In Zusammenarbeit mit dem dargestellten Stößel wurde ein 6,35 cm Ring (nicht dargestellt) aus nichtrostendem Stahlblech mit einem Durchmesser von 10,16 cm verwendet. Die Nickel-Elektroform wurde auf ungefähr 399° C auf einer heißen Platte und mit einer Gasfackel vorerhitzt. Die Nickeloberfläche wurde mit einer 5% Aluminium-Zink-Legierung überzogen. Nach vollständiger Benetzung der Nickeloberfläche wurde die Elektroform in einen Ofen bei 316° C angeordnet, und es wurde ihr gestattet, sich bei dieser Temperatur zu stabilisieren. Die aus 10% Kupfer, 20% Aluminium und 70% Zink bestehende Legierung wird im geschmolzenden Zustand bei 438° C gehalten und dann in den Hohlraum eingegossen. Ein thermischer Isolierblock wurde auf der Oberseite des Hohlraumes angebracht, und die Elektroform wurde aus dem Ofen entfernt, um gerichtete Erstarrung, beginnend an der Trennfläche zwischen dem Nickel und dem Gußteil, zu erreichen. Hierdurch wird ein lunkerfreier Guß an der Nickeloberfläche erzeugt. Die normale Schrumpfung bei Erstarrung findet dann an der Oberseite des Gußstückes statt und kann ge wünsch tenf alls maschinell entfernt werden. Das so fertiggestellte Gußstück wurde dann einer Druckprüfung bei 1406 kg/cm² unterworfen, ohne daß Abmessungsänderungen auftraten.The shell 14 was electroformed from nickel and the support was made from an alloy of 10% copper, 20% aluminum, and 70% zinc in the manner indicated below. made of stainless steel sheet with a diameter of 10.16 cm. The nickel electroform was preheated to approximately 399 ° C on a hot plate and with a gas torch. The nickel surface was coated with a 5% aluminum-zinc alloy. After the nickel surface was completely wetted, the electroform was placed in an oven at 316 ° C and allowed to stabilize at that temperature. The alloy, consisting of 10% copper, 20% aluminum and 70% zinc, is kept in the molten state at 438 ° C and then poured into the cavity. A thermal insulating block was placed on top of the cavity and the electroform was removed from the furnace to achieve directional solidification starting at the interface between the nickel and the casting. This creates a void-free cast on the nickel surface. The normal shrinkage on solidification then takes place on the top of the casting and can be removed by machine if desired. The casting thus finished was then subjected to a pressure test at 1406 kg / cm ² without any dimensional changes occurring.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Use of a low-melting, creep-resistant cast alloy made of! 0 to 30% aluminum, S up to 20% Köpfer, the rest zinc, for production of molding tools.

2. Use of an alloy of 20% aluminum, 15% copper and mentioned in claim 1 65% zinc, for the purpose of claim 1.

3. Use of one mentioned in claim l