DE3206048C2 - Verfahren zum Herstellen von Aluminium-Gußstücken - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Gußstückes aus einer Aluminiumlegierung umfaßt das Eingeben einer geschmolzenen Aluminiumlegierung in eine Gießform, in der sich ein Sandkern befindet, das Entfernen eines Teils des für den Kern verwendeten Sandes aus dem Gußstück nach der Verfestigung desselben, Erwärmen des Gußstückes und gleichzeitiges Entfernen des restlichen Sandes aus dem Gußstück und Bearbeiten des Gußstückes zur Vervollständigung eines aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Gegenstandes, welcher eine Öffnung oder einen Hohlraum oder irgendeinen anderen Verlauf aufweist, der dem Kern entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Aluminium-Gußstücken nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Leichtmetallgußstücke werden zunehmend einer Massenproduktion unterzogen, die die Verwendung eines während der Herstellung derselben zerstörbaren Kerns erforderlich macht, um einen Hohlraum, eine öffnung oder einen anderen Hohlverlauf auszubilden, der vollständig dem verwendeten Kern entspricht. Im allgemeinen ist die Gießtemperatur der Leichtmetallegierung relativ niedrig, verglichen mit der Temperatur, die während des Stahlgießens auftritt. Daher neigt der zerstörbare Kern zu einem unzureichenden Zerfall. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache bringt das Herstellen von LeichtmetallegierungsguSstücken unter Verwendung von zerstörbaren Kernen ein Problem dahingehend mit sich, daß ein erheblicher Zeitaufwand und bei komplizierter Arbeitsweise eine erhebliche Mühewaltung erforderlich ist, um die Sandfragmente vollständig zu entfernen, die als Material für den zerstörbaren Kern verwendet wurden. Dies behindert wesentlich eine wirksame Massenproduktion.

Beispielsweise umfaßt ein herkömmliches Herstellungsverfahren zum Gießen eines Zylinderkopfes für einen Fahrzeugverbrennungsmotor unter Verwendung einer Aluminiumlegierung typischerweise in Übereinstimmung mit der Darstellung in Fig. 1 der Zeichnung die Verfahrensstufen des Eingießens einer geschmolzenen Aluminiumlegierung in eine Gießform, in der ein aus Sand hergestellter Kern angeordnet ist, im Zusammenhang mit dem ein Harzbinder, wie beispielsweise ein Binder auf Harnstoffharzbasis verwendet wurde, und das Entformen des Gußstückes aus der Gießform mit dem darin befindlicher! Kern nach der Verfestigung. Weiterhin wird das Gußstück nach dem Entformen mit dem darin befindlichen Kern durch Aufbringen von Vibrationen geschüttelt, um den Kern so zu zerstören, daß nahezu die Hälfte der Gesamtmenge des für den Kern verwendeten Sandes aus dem Gußstück entfernt werden kann. Daraufhin erfolgt ein Erwärmen des Gußstückes zum Ausbrennen der Harzkomponente, die innerhalb des Gußstückes verbleibt. Anschließend erfolgt ein Schütteln oder rapides Abkühlen des Gußstückes, damit der restliche Sand vollständig aus dem Gußstück herausfallen kann. Schließlich werden an der Außenseite des Gußstückes die Grate entfernt Das so ausgebildete Gußstück wird daraufhin für das Abschrecken erwärmt und abschließend bearbeitet, um den Motorzylinderkopf in seine endgültige Form zu bringen.

Entsprechend dem Stand der Technik ist es üblich,

ίο daß der Prozeß A' alle Verfahrensschritte vom Eingießen bis zur Gratbeseitigung umfaßt Der Prozeß B' umfaßt die Wärmebehandlung für das Abschrecken und der Prozeß C'umfaßt die Bearbeitung. Alle Schritte werden getrennt voneinander durchgeführt, was an verschiedenen Orten der Fabrik durchgeführt wird.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen erfordert das herkömmliche Gießverfahren im ganzen die zweifach durchzuführende Wärmebehandlung, einmal für das Ausbrennen der Harzkomponente, die innerhalb des Gußstückes während des Prozesses A verbleibt und zum anderen für das Abschrecken während des Prozesses ß; daher wird der Ort zur Wärmebehandlung verdoppelt ebenso die Anzahl der Maschinen und der Ausrüstungen, die Anzahl der zugehörigen Arbeiter und die Menge der zur Durchführung notwendigen Wärmequellen. Dadurch werden die Herstellungskosten wesentlich erhöht

Neben dem zuvor beschriebenen herkömmlichen Gießvenahren ist ein ähnliches Gießverfahren bekannt bei dem ein Kern aus einem Material hergestellt wird, welches ein mit Wasserglas versetztes Salz umfaßt. Der so hergestellte Kern wird für das Entfernen aus dem Gußstück entweder durch Eintauchen des Gußstückes in Wasser oder durch Eingießen von Wasser in das Gußstück gelöst. Dieses Verfahren ist nicht nur kostspielig, sondern führt darüber hinaus wegen der Verwendung des Salzes zu einer Korrosionsgefahr der Gießanlage und des hergestellten Gußstückes. Um die Korrosionsmöglichkeit zu vermeiden, muß für eine bestimmte Zeitperiode ein Spülen durchgeführt werden, um jeden Rest von Salz zu entfernen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Gußstückes aus einer Aluminiumlegierung zu.schaffen, gemäß dem die doppelte Behandlung und doppelte Ausführung hinsichtlich einer besseren Wirtschaftlichkeit des Verfahrens vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

so Merkmale des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß nur eine einzige Wärmebehandlung erfolgt. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Wärmebehandlung, die für das Abschrecken erforderlich ist, gleichzeitig für das Ausbrennen der Harzkomponente des innerhalb des Gußstückes verbleibenden Kernes verwendet wird. Diese Wärmebehandlung erfolgt entsprechend der Erfindung unmittelbar nach dem Rohentfernen des Kernmaterials aus dem Gußstück. Daraufhin erfolgt die Bearbeitung des Gußstückes.

Durch die einfache Wärmebehandlung wird die Doppelausrüstung der Anlage hinsichtlich der Wärmebehandlung vermieden. Dadurch ergeben sich Energieersparnisse ohne Beeinträchtigung der Qualität des sich ergebenden Gußstückes.

Dadurch können die Herstellungskosten des Gußstückes verringert werden.

Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise dort angewendet werden, wo eine

Niederdruckspritzgießtechnik verwendet wird, bei der die Kernanordnung aus einem Sand besteht, der einen H<xrnstoffharzbinder enthält

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand von in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Flußdiagramm mit der Darstellung des bekannten Verfahrens zum Herstellen eines Gußstückes aus einer Leichtmetallegierung,

F i g. 2 ein der Fig. 1 ähnliches Flußdiagramm mit der Darstellung des Verfahrens der Erfindung und

Fig.3 und 4 einen Querschnitt bzw. einen Längsschnitt eines Zylinderkopfes für einen Fahrzeug-Verbrennungsmotor.

In F i g. 3 und 4 ist ein Zylinderkopf W für einen Fahrzeug-Verbrennungsmotor des OHC-Typs dargestellt Der Zylinderkopf W hat eine Vielzahl von Brennstoffeinlaßkanälen 1, eine entsprechende Anzahl von Auslaßkanälen 2, eine entsprechende Anzahl von Brennkammern 3, eine entsprechende Anzahl von Wassertaschen 4, Verbindungskanäle 5, durch die die Wassertaschen 4 mit den zugehörigen, nicht dargestellten in einem nicht dargestellten Zylinderblock ausgebildeten Wassertaschen strömungsmittelgekoppelt sind, eine Vielzahl von Löchern 6 zur Aufnahme eines Satzes von Schraubenbolzen zum Verbinden des Zylinderkopfes W mit dem Zylinderblock, eine Lagerausnehmung 7 zum Abstützen einer nicht dargestellten Nockenwelle, Gewindelöcher 8 für die Aufnahme und das Abstützen der entsprechenden Zündkerzen und einen Hohlraum 9, in dem sich eine Steuerkette bzw. eine Zündzeitpunkteinstellkette bewegt, wobei die Anzahl zumindest jedes der Elemente 1, 2 und 8 durch die Anzahl der Motorbrennkammern 3 bestimmt ist, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.

Wenn der Zylinderkopf W der zuvor beschriebenen Konstruktion unter Verwendung einer Aluminiumlegierung herzustellen ist, umfaßt ein Gießverfahren entsprechend der Erfindung in Übereinstimmung mit F i g. 2 einen Prozeß A, während dem eine geschmolzene Aluminiumlegierung in eine Gießformanordnung eingegeben wird. Diese Gießformanordnung umfaßt eine metallische Gießform, die so geformt ist, daß sie im äußersten Maße die Lagerausnehmung 7, die Gewindelöcher 8 und den Hohlraum 9 bildet, und eine Kernanordnung, die aus einer Mischung aus Sand und einem Harnstoffharz-Binder besteht und so ausgebildet ist, daß sie höchstenfalls die Kanäle 1 und 2, die Brennkammern 3, die Wassertaschen 4 und die Verbindungskanäle 5 bildet, wodurch ein Gußstück aus Aluminiumlegierung entsprechend einer bekannten Niederdruckspritzgießtechnik ausgebildet wird. Nach der Verfestigung wird das Gußstück aus der Gießform entnommen und von einem Anguß getrennt Das Gußstück wird dann durch Aufbringung von Vibrationen geschüttelt, damit die Kernanordnung zerstört wird. Nach der Zerstörung der Kernanordnung kann nahezu die Hälfte der Gesamtmenge des für die Ausformung der Kernanordnung verwendeten Sandes zuverlässig aus dem Gußstück entfernt werden.

Nach dem Prozeß A wird das Gußstück mit dem darin befindlichen restlichen Sand zu einem nachfolgenden Prozeß B überführt während dem es einer sogenannten T4-Behandlung unterzogen wird, d. h. einer Lösungsglühung und einer Abschreckbehandlung. In anderen Worten bedeutet dies, daß während des Prozesses B entsprechend der Darstellung in F i g. 2 das Gußstück in einem Ofen für 4 Stunden auf 485° C erwärmt wird und dann in einem Wasserbad abgeschreckt wird.

Gleichzeitig mit der Wärmebehandlung des Gußstükkes wird der innerhalb des Gußstückes verbliebene Kernsand erneut erhitzt Daher wird die darin enthaltene Harzkomponente ausgebrannt, wodurch ihre Bindefähigkeit aufgehoben wird. Dadurch kann nahezu 80% des Restkernsandes (ungefähr 40% der Gesamtmenge des für die Ausbildung der Kernanordnung verwendeten Sandes) durch Schwerkraft aus dem Gußstück herausfallen. Der Rest des Kernsandes (ungefähr 20% des Restkernsandes oder ungefähr 10% der Gesamtmenge des für die Ausbildung der Kernanordnung verwendeten Sandes), welcher an der Innenfläche des Gußstückes haften bleibt, löst sich von der Innenfläche des Gußstückes, wenn letzteres im Wasserbad abgeschreckt wird. Somit kann dieser Restsand zuverlässig entfernt werden. Der für die Ausbildung der Kernanordnung verwendete Sand kann somit im wesentlichen vollständig während des Prozesses B aus jeder Ecke des Gußstückes entfernt werden.

Danach wird das Gußstück in einem Trocknungsofen zum Trocknen für nahezu 1 Stunde in einem erhitzten Zustand von ungefähr 180⁰C gehalten. Der Trocknungsofen verwendet heiße Abgase, die während des Prozesses B vom Heizofen abgegeben werden. Dann wird das Gußstück vom Prozeß B zum Endprozeß C überführt. Während des Prozesses C werden jegliche mögliche Gußgrate des Gußstückes durch Schneiden, Fräsen und/oder Schleifen entfernt. Daraufhin wird das Gußstück bearbeitet, um den Zylinderkopf 4 entsprechend der Darstellung in F i g. 3 und 4 zu vervollständigen.

Aus dem Vorstehenden wird klar, daß im wesentlichen das vollständige Entfernen des für die Ausbildung der Kernanordnung verwendeten Sandes in Kombination mit dem Harzbinder gleichzeitig mit der Wärmebehandlung für das Abschrecken ausgetragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Aluminiumgußstücken, insbesondere von nach der Niederdruckgießtechnik hergestellten Zylinderköpfen für Verbrennungsmotoren, bei dem nach einem mechanischen Brechen eines aus Sand- und einem Harzbinder bestehenden Kerns zumindest teilweise der Kern entfernt und anschließend das Gußstück erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung des Gußstücks mit dem darin befindlichen Sandkern mit dem anschließenden Abschrecken für ein thermisches Zersetzen des Kernsand-Harzbinders bei der Wärmebehandlung vor dem restlosen Entkernen des Gußstücks durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Harzbinder ein Binder auf Harnstoffharzbasis ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen für 4 Stunden bei 485°C durchgeführt wird.