DE2247783C3

DE2247783C3 - Druckgießverfahren zum Herstellen von Gußstücken mit einem maßhaltigen Hohlraum

Info

Publication number: DE2247783C3
Application number: DE19722247783
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Mino; Satoshi Yano
Original assignee: Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1972-09-29
Filing date: 1972-09-29
Publication date: 1975-08-28
Also published as: DE2247783A1; DE2247783B2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Druckgießverfahren zum Herstellen von insbesondere aus Aluminium bestehenden Gußstücken mit mindestens einem darin vorgesehenen maßhaltigen Hohlraum, insbesondere in Form einer in Längsrichtung durchgehenden Öffnung, unter Verwendung mindestens eines von der Form gesonderten Kernes, wobei man das Metall im Formhohlraum erstarren und auf den Kern aufschrumpfen läßt, woraufhin das erstarrte Gußstück zusammen mit dem Kern aus dem Formhohlraum herausgenommen wird.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DT-AS 1291865) soll durch das Aufschrumpfen des Gußstückes auf den Kern eine besondere Maßhaltigkeit erzielt werden. Es wurde jedoch gefunden, daß d\f. Maßhaltigkeit der nach dem bekannten Verfahren erzeugten Gußstücke noch verbesserungsbedu ^ctig ist.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß maßhaltigere Gußstücke hergestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß man das erstarrte Gußstück zusammen mit dem Kern einer Entspannungsglühung unterwirft und anschließend vor dem endgültigen Abkühlen des Gußstücks auf Raumtemperatur den Kern vom Gußstück trennt.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß Maßungenauigkeiten des Gußstücks, und zwar insbesondere des Hohlraumes, auf die beim Schrumpfen entstehenden inneren Spannungen zurückzuführen sind. Hierbei spielt es auch eine Rolle, daß die Schmelze auf Grund der guten Wärmeableitung durch die Form relativ rasch abkühlt Dabei läßt es sich nicht vorhersagen, an welchen Stellen mit Spannungsspitzen zu rechnen ist Man kann also keine gezielten Gegenmaßnahmen, beispielsweise durch Vergrößerung des Kernes, treffen. Die Verhältnisse können von Gußstück zu Gußstück verschieden sein, wobei die Auswirkungen dann besonders negativ sind, wenn Wandstärkenunterschiede auftreten und wenn es sich um besonders große Hohlräume handelt. Auch kann sich die Art der Legierung als nachteilig auswirken, und zwar dann, wenn es sich um ein Material handelt, das schon beim Abkühlen im geschmolzenen Zustand schrumpft

Entsprechende Verhältnisse sind ganz allgemein bei solchen Gußstücken gegeben, die einen beliebigen Hohlraum aufweisen. Insbesondere sei auf Zylinderblöcke für Verbrennungsmotoren und auf Rotorgehäuse für Kreiskolbenmotoren verwiesen, die üblicherweise aus Aluminiumlegierungen hergestellt werden.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung läßt sich die Maßhaltigkeit derartiger Gußstücke wesentlich verbessern, da durch die Entspannungsglühung die durch das Schrumpfen hervorgerufenen inneren Spannungen abgebaut werden. Nach dem Herausnehmen des Kerns aus dem Gußstück kommt es zwar noch zu einer geringfügigen nachträglichen Schrumpfung, jedoch kann diese keine nachteiligen Auswirkungen mit sich bringen, da sie gleichmäßig in Umfangsrichtung erfolgt. Ihre Größe läßt sich also durch entsprechende Wahl des Kerns von vornherein berücksichtigen. Die nach der Erfindung erzeugten Gußstücke bedürfen keiner oder aber nur einer unwesentlichen Nachbearbeitung.

Vorzugsweise wird die Entspannungsglühung während einer Dauer von zehn Minuten oder mehl bei einer Temperatur i.n Bereich von 150 bis 400⁰C durchgeführt.

Dabei geht man zweckmäßig:rweise so vor, daß man das Gußstück mit dem Kern direkt aus der Form in den Ofen überführt, d.h., zu einem Zeitpunkt, an dem die Schmelze erstarrt ist und das Gußstück sich unter die Wärmebehandlungstemperatur abgekühlt hat.

Vorzugsweise wird das Gußstück durch Anwendung von hydraulischem Druck vom Kern getrennt (OE-PS 115 669).

Ganz besondere Vorteile werden erzielt, wenn man zum Trennen des Kerns vom Gußstück den Kern schneller abkühlt als das Gußstück. Da die Trennung von Kern und Gußstück erfindungsgemäß erfolgen soll, bevor sich das Gußstück endgültig auf Raumtemperatur abgekühlt hat, bedarf es also keiner erneuten Wärmezufuhr, sondern lediglich einer rascheren Abkühlung des Kernes.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. j zeigt einen Längsschnitt durch eine Druckgießform, die zur Herstellung eines typischen Gußstückes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar ist

F i g. 2 ist ein Längsschnitt entlang der Linie II-II in F ig. 1.

Bei der nachstehenden Beschreibung des erfin-

dungsgemäßen Verfahrens ist als Beispiel die Her- Anschließend wird Metallschmelze unter Druck stellung eines Rotorgehäuses für einen Kreiskolben- durch den Zuführungskanal 18 in den Formhohlmotor gewählt worden. Das erfindungsgemäße Ver- raum eingeführt. Der Spritzdruck muß ausreichen, fahren eignet sich jedoch allgemein *ür die Herstel- um den Formhohlraum um die Außenfläche des Kerlung von hohlen Bauteilen aus Metall, insbesondere S nes 13 in vernünftig kurzer Zeit vollständig mit Memit variierender Dicke, bei denen normalerweise eine tallschmelze zu füllen. Nach Beendigung des Einungleichmäßige Schrumpfung in Umfangsrichtung spritzvorganges erstarrt die Metallschmelze rasch in auftreten würde, oder mit einem längsverlaufenden dem Formhohlraum, und zwar auf Grund der hohen Kanal von umunder Form. Wärmeableitung der Formanordnung. Der Kern 13

Das Rotorgehäuse 10 aus Aluminiumlegierung io besteht aus einem Material mit einem niedrigeren wird in einer Form hergestellt, die eine feststehende Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Gußstück, und eine bewegliche Formhälfte 11 bzw. 12 sowie so daß das Gußstück beim Erstarren der Metalleinen gesonderten Kern 13 mit einem darin längsver- schmelze fest auf den Kern 13 aufschrumpft
laufenden Loch 13 α aufweist. Die beiden Enden des Nach dem Erstarren wird das Rotorgehäuse 10 zuKernes 13 sitzen in entsprechenden Vertiefungen 14 15 sammen mit dem Kern 13 aus dem Formhohlraum und 15, die jeweils einander gegenüberliegende, nach herausgenommen und ohne Verzug in einen Wärmeinnen gerichtete Vorsprünge 11a und 12 a aufwei- behandlungsofen gebracht, der nahe der Form ansen. Letztere greifen von beiden Seiten in das längs- geordnet ist. In dem Wärmebehandlungsofen wird verlaufende Loch 13 a ein und legen dadurch den das Gußstück mindestens zehn Minuten oder mehr Kern 13 exakt fest, und zwar in einer Stellung, in der ao bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 400° C die Außenfläche des Kerns 13 in gleichmäßigem Ab- entspannungsgeglüht, um die vorher beim Gießen sand von der Außenkontur zweier Vertiefungen 16 und Erstarren erzeugten inneren Spannungen im und 17 verläuft, die zum einen in die feststehende Gußstück auszugleichen, wobei die angegebenen und zum anderen in die bewegliche Formhälfte 11 Werte insbesondere für aus Aluminiumlegierung be- bzw. 12 eingearbeitet sind. Die Vertiefungen bilden 35 stehende Gußstücke gelten. Wird die Wärmebehandzusammen einen Formhohlraum, der entsprechend lung bei einer Temperatur durchgeführt, die niedder Zeichnung von dem Rotorgehäuse 10 ausgefüllt riger ist als der obenerwähnte kritische Bereich, so ist. Im Gegensatz zu üblichen Druck-, Spritz- oder wird durch die Wärmebehandlung kein merklicher Schleudergußverfahren braucht der Kern 13 nicht Vorteil erzielt, und man erhält keine Gußstücke, bei durch eine besondere Anordnung gestützt zu werden. 30 denen die Einhaltung der Sollabmessungen gewährlei-Es genügt das Einführen des Kernes 13 in eine der stet ist. Wird dagegen die Wärmebehandlung bei Vertiefungen 14 und IS, wobei einer deren Vor- einer höheren Temperatur als der obenerwähnte krisprünge 11a oder 12 a in das längsverlaufende Loch tische Bereich durchgeführt, so ergeben sich Blasen 13 a des Kernes 13 eintritt. Der von den Vertiefun- in dem Gußstück, wenn sich dieses noch im gegen 16 und 17 in den Formhälften 11 und 12 gebil- 35 schmolzenen Zustand befindet, so daß man iehlerdete Formhohlraum nimmt die Metallschmelze auf, hafte Gußstücke erhält.

die unter Druck durch einen Zuführkanal 18 in Die Dauer der Wärmebehandlung hängt ab von

der feststehenden Formhälfte 11 eingespritzt wird, den Abmessungen oder der Dicke des Gußstückes,

während die beiden Formhälften 11 und 12 in be- Eine Behandlungsdauer von mindestens zehn Minu-

kannter Weise gegeneinandergepreßt werden. Der 40 ten oder mehr ist erforderlich. Eine Reihe von Ver-

von der Metallschmelze in dem Formhohlraum um- suchen mit einem gegossenen Rotorgehäuse mit den

gel* ne Kern 13 bildet somit eine längsverlaufende im nachstehenden Beispiel angegebenen Abmessungen

öffnung in dem entstehenden Gußstück. hat gezeigt, daß beim Wärmebehandeln des Gehäu-

Ein Rotorgehäuse für einen Kreiskolbenmotor hat ses während drei Stunden bei einer Temperatur von

üblicherweise die Form einer Epitrochoide, wobei an 45 120° C kein Vorteil der Wärmebehandlung beob-

der inneren Umfangsfläche zwei nach innen und ge- achtet wurde und unterschiedliche Abmessungen des

geneinander gerichtete Ausbuchtungen 10 α und 10 b Gußstückes wie bei den üblichen verfahren auftraten,

liegen. Aus diesem Grunde muß, wie deutlich aus während bei einer Wärmebehandlung von 15 Minu-

F i g. 2 ersichtlich, der Querschnitt mindestens des ten bei einer Temperatur von 450° C Blasen gebil-

Kernes 13 eine entsprechende Form haben** um in 50 det wurden.

dem Formhohlraum um den Kern 13 herum ein Nach Ablauf der vorgeschriebenen Wärmebehand-

Gußstück mit der gewünschten Epitrochoidenform Iungszeit wird das Rotorgehäuse 10 zusammen mit

des inneren Hohlraumes auszubilden. dem Kern 13 aus dem Wärmebehandlungsofen her-

Das längsverlaufende Loch 13 a des Kernes 13 ausgenommen und dann schnell von dem Kern 13

kann eine der äußeren Querschnittsform des Kernes 55 getrennt, beispielsweise durch Anwendung eines hy-

13 entsprechende Form aufweisen. Dies ist deshalb draulischen Druckes auf das Rotorgehäuse 10 und/

besonders vorteilhaft, weil dann beim Abkühlen des oder den Kern 13. Stattdessen oder zusätzlich zu der

Gußstückes zusammen mit dem Kern 13 mit oder Anwendung von hydraulischem Druck kann der

ohne Verwendung eines durch das Loch 13 α fließen- Kern T3 nach dem Herausnehmen aus dem Ofen

den Kühlmittels ein gleichmäßiger Wärmeübergang 60 schnell abgekühlt werden, um durch differentielle

zwischen dem Kern 13 und dem Gußstück vorausge- Wärmekontraktion des Kernes und des Gußstückes

setzt werden kann. eine radiale Trennung dieser Teile voneinander zu

Als erster Schritt bei der Herstellung des Rotorge- bewirken. In diesem Fall sollte ein Kühlmittel, wie

häuses wird also der Kern 13 in die Vertiefung der z. B. Wasser, durch das Loch 13 α des Kernes 13 ge-

Formhälfte 11 oder 12 eingesteckt und dann die an- 65 leitet werden.

dere Formhälfte in bekannter Weise angedrückt, so Obwohl das Rotorgehäuse 10, nachdem es in der

daß deren Vertiefung das andere Ende des Kernes 13 beschriebenen Weise vom Kern 13 getrennt worden

aufnimmt und der Formhohlraum gebildet wird. ist, bei seiner endgültigen Abkühlung auf Raumtem-

peratür einer Schrumpfung unterliegt, ist dies nicht von großer Bedeutung. Eine solche Schrumpfung erfolgt gleichmäßig in Umfangsrichtung des Gußstükkes, und ihre Größe kann vor dem Gießen bereits berücksichtigt werden, so daß man sehr exakte Gußstücke erhalten kann, wenn man einen Kern 13 verwendet, der geringfügig größer ist als der Hohlraum des herzustellenden Gußstückes.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielsweise verwendet worden zur Herstellung eines Rotorgehäuses aus einer Aluminiumlegierung vom Typ G-Al-Si 5 CuI. Bei diesem Beispiel wurde das Rotorgehäuse zusammen mit dem Kern 13 nach dem Herausnehmen aus dem Formhohlraum der Form gemäß F i g. 1 und 2 anschließend 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 250° C wärmebehandelt. Für Vergleichszwecke wurde ein gleichartiges Rolorgehäuse nach einem üblichen Verfahren gegossen, wobei keine Wärmebehandlung durchgeführt und eine Form verwendet wurde, bei der der Kern einstückig mit der ao einen der beiden Fonnhälften ausgebildet war.

Die Ergebnisse sind aus der beigefügten Tabelle ersichtlich. Die Angaben »größter Abstand« bzw. »kleinster Abstand« beziehen sich auf die Abmaße des Hohlraumes im Rotorgehäuse, und zwar gemessen in Vertikal- bzw. Horizontalrichtung nach F i g. 2, wobei die Meßlinien jeweils durch den Mittelpunkt des Hohlraumes hindurchgehen. Die Sollwerte dieses größten und kleinsten Abstandes des Rotorgehäuses betrugen 238,80 bzw. 178,40 mm.

In der Praxis wird ein kritischer Bereich der Wärmebehandlungstemperatur von 200 bis 300⁰C bevorzugt, falls das Material für das Gußstück eine Aluminiumlegierung ist, wobei in diesem Fall die Behandlungszeit mindestens 30 Minuten oder mehr betragen muß.

Statt für die Herstellung eines Gußstückes mit einer längsverlaufenden öffnung kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dann angewendet werden, wenn der Kern an seiner äußeren Umfangsfläche ganz oder teilweise mit einer Verstärkung, einer Hülse oder einer aufgesprühten Metallschicht versehen ist, die für bekannte Zwecke auf die innere Umfangsfläche des Gußstückes übertagen werden soll. Falls die Erfindung zur Herstellung von Gußstücken mit einem inneren Hohlraum von komplizierter Form verwendet werden soll, kann ein Kern aus mehreren voneinander lösbaren Teilen verwendet werden.

Tabelle

Erfindung:

Sollwerte des Gehäuses (mm)
Abmessungen des Kerns (mm)

Abmessungen des fertigen
Gehäuses (mm)

Max. (A 1)

Min. (A 2)

Mittel

Abweichungen von den
Sollwerten (nun)

Max. Al

Min. Al

Übliches Verfahren:

Sollwerte des Gehäuses (mm)
Abmessungen des Kerns (mm)

Abmessungen des fertigen
Gehäuses (mm)

Max. (Bl)

Min. (B2)

Mittel

Abweichungen von den
Sollwerten (mm)

Max. Bl

Min. Bl

Größter Abstand

238,80 239,55*)

238,95 238,55 238,75

+0,15 -0,25

238,80 239,55*)

238,77 237,93 238,35

-0,03 -0,87

Kleinster Abstand

178,40 179,17*)

178,57 178,17 178,37

+ 0,17 -0,23

178,40 179,17*)

178,36 177,42 177,89

-0,04 -0,98

·) Bedeutet, daß die Abmessungen des Kerns dem größten bzw. kleinsten Abstand des fertigen Gehäuses entsprechen. Mi) und Al, (A 2) und A2, (BI) und Bl sowie (B2) und B 2 entsprechen jeweils einander.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: ^

1. Druckgießverfahren zum Herstellen von insbesondere aus Aluminium bestehenden Gußstük- S ken mit mindestens einem darin vorgesehenen maßhaltigen Hohlraum, insbesondere in Form einer in Längsrichtung durchgehenden öffnung, unter Verwendung mindestens eines von der Form gesonderten Kernes, wobei man das Metall im " Formhohlraum erstarren und auf den Kern aufschrumpfen läßt, woraufhin das erstarrte Gußstück zusammen mit dem Kern aus dein Formhohlraum herausgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das erstarrte -5 Gußstück zusammen mit dem Kern einer Entspannungsglübung unterwirft und anschließend vor dem endgültigen Abkühlen des Gußstücks auf Raumtemperatur den Kern vom Gußstück trennt ^ao

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsglühung während einer Dauer von 10 Minuten oder mehr bei einer Temperatur im Bereich von 150 bis 400° C durchgeführt wird. »5

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück durch Anwendung von hydraulischem Druck vom Kern getrennt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 3<> bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Trennen des Kerns vom Gußstück den Kern schneller abkühlt als das Gußstück.