DE3404092C1 - Verfahren zur Herstellung faserverstaerkter Leichtmetallgussstuecke durch Druckgiessen - Google Patents

Description

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Eines der wichtigsten Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Leichtmetallgußstücke ist das Druckgießen. Es zeigt sich jedoch, daß bei der Serienproduktion solcher Gußstücke Schwierigkeiten auftreten können, die sich im Auftreten von Hohlräumen oder anderen Unregelmäßigkeiten im Gußstück äußern. Auch ist es verhältnismäßig schwierig, bei den kurzen Taktzeiten moderner Druckgießmaschinen die verstärkenden Fasern stets in der richtigen Menge und in der richtigen Anordnung in die Druckgießform einzubringen. So wurde z. B. in DE-PS 27 01 421 ein Verfahren beschrieben, bei dem in einem ersten Schritt ein verhältnismäßig kleines faserverstärktes Gußstück hergestellt wird, das dann in einem weiteren Gießprozeß in einer weiteren Form zur Erzeugung des endgültigen Gußstücks mit Leichtmetall umgössen wird. Ein solches Verfahren ist

verhältnismäßig aufwendig.

Es ist auch bereits bekannt, die verstärkenden Fasern vor dem Druckgießen zu einem Faserformkörper zu formen und diesen dann in die Druckgießform einzusetzen (DE-OS 30 30 871 oder DE-OS 32 41 141). Bei diesem Verfahren besteht jedoch immer die Gefahr, daß das Metall in dem kalten Faserformkörper vorzeitig erstarrt, was zu Fehlern im Gußstück führt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Leichtmetallgußstücke durch Druckgießen unter Verwendung eines Formkörpers aus Fasermaterial zu finden, das auch in der Serienproduktion die Herstellung fehlerfreier Gußstücke auf verhältnismäßig einfache Art ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 oder 4 gelöst.

Erfindungsgemäß kommt also eine Hilfsform zur Anwendung, in die der Formkörper aus Fasermaterial eingebracht wird. Die Hilfsform besteht, je nach dem herzustellenden Gußstück aus zwei oder mehreren Teilen und ist in an sich bekannter Weise mit Öffnungen für den Eintritt des flüssigen Metalls und mit Austrittsöffnungen für die Luft versehen. Bevorzugt werden eine Reihe kleiner Öffnungen, um Verlagerungen des Fasermaterials infolge zu hoher Strömungsgeschwindigkeiten beim Gießen oder bei einer eventuellen Evakuierung zu vermeiden. Die Hilfsform kann verhältnismäßig dünnwandig sein, da sie ja später von der eigentlichen Druckgießform in der Druckgießmaschine abgestützt wird.

In diese Hilfsform wird der zur Verstärkung des Gußstückes dienende Faserformkörper eingebracht. Dabei wird unter Einbringen verstanden, daß der Faserformkörper sowohl als fertiger Vorformling in die Form eingebracht wird, als auch daß Teilstücke des Faserformkörpers in die Form gebracht und dort zu einem fertigen Faserformkörper geformt werden. Auch kann ein Fasergewirr in die Hilfsform eingebracht und dort zu dem Faserformkörper geformt werden.

Durch die Verwendung eines temporären organischen Bindemittels z. B. auf der Basis von Polymethylmethacrylat, oder Alginaten kann der Aufbau des Faserformkörpers wesentlich erleichtert werden; dabei ist es von besonderem Vorteil, daß dieses Bindemittel ohne das Erfordernis eines gesonderten Verfahrensschrittes beim Aufheizen der Hilfsform wieder zerstört wird.

Die Fasern, aus denen der Faserformkörper besteht, können aus Glas, Kohlenstoff, Metallen, Oxiden, wie AI2O3, und keramischem Material bestehen. Sie können sowohl in Form von Whiskern, Kurzfasern, faserigen Partikeln als auch als Endlosfäden vorliegen.-

Nach dem Einbringen des Faserformkörpers in die Hilfsform wird diese verschlossen. Bei diesem Vorgang kann vorteilhaft ein voluminöser, leichter Faserformkörper mit niedrigem Raumgewicht und niedrigem Faseranteil pro Volumen so verdichtet werden, daß die gewünschte Faserdichte im Gußstück erreicht wird.

Die mit dem Faserformkörper gefüllte verschlossene Hilfsform wird dann in einen chargenweise oder kontinuierlich arbeitenden Vorwärmofen gebracht und dort, gegebenenfalls unter Schutzgas, auf eine Temperatur zwischen der Liquidustemperatur des betreffenden in die Form zu gießenden Metalls und etwa 850⁰C erwärmt. Bevorzugt wird eine Erwärmung auf Temperaturen zwischen 650 und 750° C.

Die Erwärmung wird gegebenenfalls so lange durchgeführt, bis ein evtl. vorhandenes temporäres Bindemittel vollständig zersetzt ist.

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Nach dem Erreichen der gewünschten Temperatur verstärkte Leichtmetallgußstücke, insbesondere beson- und der Zersetzung des evtl. vorhandenen temporären ders leichte Bauteile für Kraftfahrzeuge, wie Kolben Bindemittels wird die Hilfsform mit dieser Temperatur und Kolbenbolzen, Ventilfederteller, Kipphebel, Tasin eine der Außenkontur der Hilfsform entsprechende senstößel, Zylinder, Pleuel, Teile der Radaufhängung, Druckgießform formschlüssig eingelegt und sofort an- 5 wie Achsschenkel, Querlenker, aber auch Achsen, fehschließend mit dem Leichtmetall (Aluminium, Magnesi- lerfrei hergestellt werden können, um und diese Metalle enthaltende Legierungen) unter Druck gefüllt. Nach dem Erstarren des Metalls wird die Hilfsform der Druckgießform entnommen, geöffnet und das fertige faserverstärkte Leichtmetallgußstück aus der Hilfsform entfernt.

Faserfilze, insbesondere solche in verdichtetem Zustand, aber auch Gewebe oder Stränge setzen dem Eindringen des flüssigen Metalls einen Widerstand entgegen, zu dessen Überwindung das flüssige Metall unter Druck gesetzt werden muß. Der Druck, mit dem das flüssige Metall in die Form gepreßt wird, kann bei kleinem Benetzungswinkel zwischen Metall und Faser, bei lockerer Faserpackung und bei kleiner Eindringgeschwindigkeit des Metalls in die Faserpackung sehr klein sein und im Bereich weniger bar liegen, er kann aber auch, bei umgekehrten Verhältnissen, bis zu 3000 bar erreichen. Ist in der Faserpackung noch ein Gas enthalten, das durch die Schmelze verdrängt werden muß, muß auch dazu zusätzlich Druck aufgebracht werden. Soll die Hilfsform vor dem Gießen evakuiert werden, werden die Schließfugen zweckmäßigerweise z. B. mit einer temperaturbeständigen Graphitfolie abgedichtet.

Mit einer derartigen Abdichtung können beispielsweise auch die Eintrittsstellen für die Schmelze und die Gasaustrittsöffnungen abgedichtet werden, um sicherzustellen, daß kein flüssiges Metall in unerwünschter Weise in evtl. vorhandene Hohlräume zwischen Hilfsform und Druckgießform gerät.

Durch die Vorwärmung der Hilfsform hat der Faserformkörper, beim Gießen die optimale Temperatur, so , daß ein fehlerfreies Gießen erfolgen kann. Der Schließvorgang der Druckgießform erfolgt nach dem Einlegen der Hilfsform im allgemeinen sehr schnell, eine Abkühlung der Hilfsform durch Strahlung hält sich in Grenzen. Nach dem Schließen der Druckgießform beginnt natür- . ..

lieh, bedingt durch den engen Kontakt der Hilfsform mit der wesentlich kälteren Druckgießform, die Abkühlung der Hilfsform durch Wärmefluß in die Metallmassen der Druckgießform, jedoch erfolgt diese Abkühlung infolge der Masse der Hilfsform nicht schlagartig. Da die Taktzeiten der Druckgießmaschine gleich sind, .kann .der . . . , Wärmeabflußvor dem Eingießen des Metalls durch eine entsprechende Temperaturerhöhung der Hilfsform 50 . , - . .... · . .

kompensiert werden, so daß zum Gießzeitpunkt genau die gewünschte Temperatur in dem Faserformkörper herrscht. Auch kann durch eine entsprechende Gestaltung der,;Wandung'der,Druckgießform in an.sichbe- - . - ■_ . .-..-... ·■ . ,; „ kannter.Weise,z.:B.mit Aijsphreckplatten, der Wärme- 55 -■-.-■ ,- ,...,--. . , . .]-,,■' . . ..

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und dadurch eine gerichtete Erstarrung der Schmelze , ,, / / ^: ,

erzeugt werden. Wird der Wärmeabfluß so gesteuert, daß die Erstarrung des Metalls an dem der Eingießstelle entgegengesetzten Ende beginnt, so kann bis zur völligen Erstarrung des Metalls in der Hilfsform von der Eingießstelle aus der Druck in der Form aufrechterhalten werden, wodurch Gußfehler, wie z. B. Lunker, mit Sicherheit vermieden werden und zusätzlich eine höhere Festigkeit des erzeugten Leichtmetallgußstücks erreicht wird. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren liegt aber vor allem darin, daß durch die optimale Temperierung der Hilfsform auch in großer Serie faser-

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Leichtmetallgußstücke durch Druckgießen unter Verwendung eines Formkörpers aus Fasermaterial, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

A. der Formkörper aus Fasermaterial wird in eine wenigstens aus zwei Teilen bestehende geöffnete Hilfsform eingebracht,

B. die Hilfsform wird geschlossen,

C. die Hilfsform wird auf eine Temperatur zwischen der Liquidustemperatur des Leichtmetalls und 850° C erwärmt, mit dieser Temperatur

D. in eine der Außenkontur der Hilfsform entsprechende Druckgießform formschlüssig eingelegt und sofort anschließend mit Leichtmetall unter Druck gefüllt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper beim Schließen der Hilfsform komprimiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper durch ein organisches Bindemittel stabilisiert wird und das Bindemittel beim Erwärmen der Hilfsform wieder zerstört wird.

4. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Leichtmetallgußstücke durch Druckgießen unter Verwendung eines Formkörpers aus Fasermaterial, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

A. ein Fasergewirr wird in eine wenigstens aus zwei Teilen bestehende geöffnete Hilfsform eingebracht,

B. die Hilfsform wird geschlossen,

C. die Hilfsform wird auf eine Temperatur zwischen der Liquidustemperatur des Leichtmetalls und 850° C erwärmt, mit dieser Temperatur

D. in eine der Außenkontur der Hilfsform entsprechende Druckgießform formschlüssig eingelegt und sofort anschließend mit Leichtmetall unter Druck gefüllt.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasergewirr beim Schließen der Hilfsform komprimiert wird.