EP1230050B1 - Verfahren zum urformen eines werkstoffes und vorrichtung zu dessen durchführung - Google Patents

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EP1230050B1
EP1230050B1 EP00982977A EP00982977A EP1230050B1 EP 1230050 B1 EP1230050 B1 EP 1230050B1 EP 00982977 A EP00982977 A EP 00982977A EP 00982977 A EP00982977 A EP 00982977A EP 1230050 B1 EP1230050 B1 EP 1230050B1
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EP
European Patent Office
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mould
voltage
casting
metal
hand
Prior art date
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EP00982977A
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EP1230050A2 (de
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Peter Lutze
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AE GROUP AG
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ae group AG
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Publication date
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    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21J1/02—Preliminary treatment of metal stock without particular shaping, e.g. salvaging segregated zones, forging or pressing in the rough
    • B21J1/025—Preliminary treatment of metal stock without particular shaping, e.g. salvaging segregated zones, forging or pressing in the rough affecting grain orientation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
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    • B21J9/02—Special design or construction
    • B21J9/06—Swaging presses; Upsetting presses
    • B21J9/08—Swaging presses; Upsetting presses equipped with devices for heating the work-piece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould

Definitions

  • the invention relates to a method for primary forming a metal in one Die casting process in a die casting apparatus, in which molten or pasty metal introduced in a filling phase in a casting chamber and in a mold filling phase with a casting piston in a mold cavity is pressed between two mold halves and then in a solidification phase solidifies in the mold cavity.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method.
  • the Temperature course is e.g. known from DE 195 45 177 A1
  • the Workpiece or metal by a time-varying electromagnetic Inductively heat the field. This allows a defined amount of heat be introduced into the workpiece, the local and temporal Distribution of the inductive field can be varied. The change of the electromagnetic field can from the forming state be made dependent on the workpiece.
  • GB-A-2160456 discloses a casting method which is not suitable for a die casting operation provided or suitable. Embedded in the mold Electrodes are heated by a current flow and thereby heat the mold and indirectly the metal, especially in storage rooms, from which metal should flow into the work space, if the metal solidifies in the work space and contracts.
  • WO-93/22088-A also discloses a casting process that does not involve die casting is and in particular takes place in a sand mold.
  • One Electric current is passed through the filled metal and is intended to cause that supply and overflow lines with a small cross-section are usable without the metal in these lines prematurely cures.
  • the mold is with connection points for a single Circuit provided.
  • the invention is based on the object, an improved die casting process to create with expanded possibilities.
  • This object is achieved with a method of the initially mentioned type solved in that on parts of the die-casting device an electrical voltage is applied through the metal closed circuit is made conductive by the metal Heat energy is supplied, and that in individual phases of the die-casting process different power supplies to form different Power flows take place.
  • a device for carrying out the Method provided with a die-casting device, which has multiple connection points for applying an electrical voltage, with which an electric current through contained in the die-casting device liquid or pasty metal is istleitbar, and with a control device to change the power supply during different Phases of the die casting process.
  • the metal is thus conductively heated, i. H. it will an electric current is passed through the metal.
  • the invention a tension on suitable parts of the tools used for this purpose or the primary shaping device placed, between which the metal located.
  • Such conductive heating may be opposed to inductive heating be achieved with relatively little expenditure on equipment by a suitable power source to the desired parts of the Device is connected.
  • a suitable power source e.g. a Welding power source can be used, the desired high Amperages of z. B is greater than or equal to 100 A at the desired voltage from e.g. less than or equal to 100V can deliver.
  • the voltage in particular to components be entered which has a large contact surface with the Metal, e.g. in a casting device of G mankolben, the casting chamber or mold halves, so that a achieved relatively uniform heat to the metal can be.
  • the metal As the electrical resistance of the metal with As the temperature increases, so does the metal a natural negative feedback, so that when stronger Heating of some areas of the metal the resistance increases and the current is amplified by other, cooler areas the metal flows.
  • the tension can basically in all areas of the prototype device be created.
  • a die casting device e.g. of the G cordkolben, the casting chamber, the anvil, the mold halves or a slider
  • the voltage can be applied directly to these components be connected.
  • Electrodes for connecting the voltage source provide, according to the invention parts of the original molding device represent.
  • An insert of electrodes may e.g. in mold halves make sense, which is a ceramic insulation have opposite the mold cavity.
  • the power supply can be in individual phases of the process done differently.
  • a die-casting process can during the filling phase, during which the molten or pasteuse metal is poured into the casting chamber, advantageously a tension between casting piston and anvil be applied so that a current over the length of the casting chamber generated by the metal.
  • the temperature of the metal can be constant being held; furthermore, it is possible to change the temperature of the metal in the casting chamber, so that in a melting phase before filling not unnecessarily much Energy is consumed.
  • a later heating is in particular in Thixo casting method or SMS (Solid State Melting) method useful in which a slug of a merely softened or pastey metal introduced is, as an unnecessary heating of the Butzens or a Keep warm pre-heated slugs before filling thus at least can be partially prevented.
  • During the mold filling can be a tension in particular be placed between the mold halves, so that in the Mold cavity located metal directly between the mold halves is heated.
  • electrodes for this purpose, if the mold halves on its inside to a greater extent with a ceramic Insulator are coated, in addition also electrodes be used.
  • electrodes for example, also used in the mold halves mounted metallic heat sink so that attaching further electrodes in existing devices is unnecessary.
  • a Electricity also between casting piston or casting chamber and a or both mold halves are generated, so that the metal still in the casting chamber and in the gate is heated.
  • one or both mold halves or in particular the Casting and / or casting chamber can be used.
  • the pressing residue between casting and anvil to keep fluid, thus continuing a pressure exerted on the metal located in the mold cavity is going to make a good compaction or metering of the metal to ensure in the mold cavity.
  • a tension between casting piston or casting chamber and the mold halves or one mounted in them Electrode or attached in them slide the Bleed the interior of the casting chamber with the mold cavity connects, be kept free, so that on the Press rest applied pressure a longer time to that in the Mold cavity located metal acts.
  • a suitable current flow in the metal can furthermore achieved a directional solidification in the mold cavity first, by working in the areas of lower amperage a cooling occurs from here in the Form cavity continues to migrate. As with a cooling down the Metal releases from the walls of the mold halves, a resistance crack occurs one that enhances this effect. It can thus successively a detachment of the metal in the solidified Areas of the mold halves and a directed Solidification can be achieved.
  • After solidification can be another temperature treatment to improve the structure, in which the material in desired Regions in the desired manner conductive heat energy is supplied without further aids.
  • conductive heat energy is supplied without further aids.
  • the inventive method can for a manual be performed. Furthermore, the voltage or Current profile as a function of calculated or measured Function curves are varied. For this purpose, e.g. a desired startup or shutdown characteristic when increasing and lowering the currents are performed.
  • According to the invention is also advantageously a scheme with temperature measurement of the metal, so that the voltage or current as a function of a temperature or the measured in several points of the metal Temperature values can be changed. This allows the Temperature in particular kept constant or a temperature drop delayed of the metal.
  • Another measure for a control can be measured. Here, in particular, an in-mold pressure between the mold halves are measured. This measurement can e.g.
  • a piezocrystal be provided under an ejector, so that over the slidable ejector pin a measurement of the internal mold pressure is possible.
  • an ultrasonic emission of the Metal e.g. in the range of 100 kHZ.
  • Such a sound emission analysis may be due to the undesirable Voids formation closed during solidification become.
  • An example of such a sound emission analysis is shown in DE 39 40 560 C2.
  • the control is in this case such that when present a measuring signal or an excessively high measuring signal, the heating power is increased, so that the measured signal is minimal is held.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a die-casting device in section.
  • liquid metal e.g. Aluminum, Magnesium or an aluminum or magnesium alloy
  • the casting piston 8 in the shown in the figure retracted position.
  • the liquid Metal 13 fills the interior of the casting chamber 7 a degree of filling of e.g. 30 to 80% off.
  • the casting piston 8 pressed against an anvil 10, so that the liquid metal 13 in a mold cavity 1 between two mold halves 2 and 3 is pressed and then solidifies. Then be the mold halves 2 and 3 pulled apart and so release the original formed workpiece.
  • a slider 4 or more Slider be guided in the mold cavity, which before molding be removed from the workpiece.
  • the filling phase and after the filling phase may e.g. one Electricity through the in the casting chamber 7 located liquid Metal 13 are guided by a voltage between the Casting 8 and the anvil 10 is applied. This can be achieved that an electric current through the entire Length of the casting chamber 7 flows.
  • the anvil 10 can electrically isolated from the casting chamber 7 or not be isolated. When an electrical insulation is a possible short circuit current from the casting piston over the Casting chamber to the anvil 10 prevents or reduces.
  • a voltage between Casting 8 and a mold half 2 or 3 created be, so that a stream along the liquid metal in the casting chamber and the partially or completely filled Mold cavity flows.
  • the mold halves 2 and 3 be connected in parallel so that they act together as an electrode are switched against the casting piston 8. hereby can provide a uniform current distribution in the workpiece Mold cavity 1 and thus achieved a uniform heat become.
  • a voltage between the mold halves. 2 and 3 so that a current directly through the between the mold halves located metal flows and this heated.
  • a voltage between the Casting 7 and one or two mold halves 2, 3 connected become.
  • a voltage between a slider 4 and one or both mold halves 2, 3 or between slide 4 and casting plunger, casting chamber or anvil 10 to create, so that a current flows through the mold cavity 1.
  • an electrode 12 for Voltage connection can be used, e.g. if a ceramic Insulating layer 5, 6 on one or both mold halves 2, 3 is formed so strong that a current over she is aggravated.
  • the electrode may also be used be electrically insulated against the mold halves.
  • a voltage between the casting piston 8 and anvil 10 is placed be kept so that a press residue in the casting chamber liquid becomes.
  • a pressure in this press residue maintained for feeding the metal in the Mold cavity serves during solidification, so that a better or denser microstructural formation of the metal achieved becomes.
  • a current between Casting 8 and / or casting chamber 7 and one or both mold halves 2, 3 or an electrode 12 or a Slider 4 to be switched to the metal in the gate 11th to keep fluid. It can in this case to insulating layers Electrodes for shielding against a molded part and / or insulating layers on live moldings, e.g. casting chamber 7, cast piston 8, anvil 10, the mold halves 2, 3 and / or the slide 4 for insulation against other moldings or the casting metal may be provided.
  • a current flow can be maintained are, preferably e.g. between the mold halves or between casting plunger and one or both mold halves. This can be a temperature treatment for improvement of the structure can be achieved.
  • Einguß Swiss in the Metal can be cast, it can, if it is electric is conductive, used directly to connect the voltage become. Alternatively, electrodes may be attached to the Casting be installed.
  • welding power sources be the voltages of e.g. less than or equal to 100 V and Currents of e.g. deliver greater than or equal to 100 A, so that already existing devices can be used. in this connection can also start and stop curves for current regulation be used.
  • the method of the invention can also be used e.g. for chill casting or Sandgußvon be used, wherein the Flow from one mold half over another mold half or an electrode, or via a feeding device for the metal is introduced. Furthermore, one is Use for forging or drop forging possible, where advantageously a current directly is fed via the forging dies.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Urformen eines Metalls in einem Druckgussvorgang in einer Druckgussvorrichtung, bei dem schmelzflüssiges oder pastöses Metall in einer Einfüllphase in eine Gießkammer eingebracht und in einer Formfüllphase mit einem Gießkolben in einem Formhohlraum zwischen zwei Formhälften gedrückt wird und anschließend in einer Erstarrungsphase in dem Formhohlraum erstarrt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei derartigen Urformverfahren ist die Temperaturenentwicklung des Metalls für eine bessere Bearbeitbarkeit sowie eine gewünschte Gefügebildung wichtig. Insbesondere bei Gießverfahren, bei denen ein flüssiges Metall bzw. (bei Thixo-Casting- bzw. Solid State Melting) pastöses oder aufgeweichtes festes Metall in der Urform erstarrt, ist es vorteilhaft, den Temperaturverlaufs ist z.B. aus der DE 195 45 177 A1 bekannt, dem Werkstück bzw. Metall durch ein zeitlich variables elektromagnetisches Feld induktiv Wärme zuzuführen. Hierdurch kann eine definierte Wärmemenge in das Werkstück eingebracht werden, wobei die örtliche und zeitliche Verteilung des induktiven Feldes variiert werden kann. Die Veränderung des elektromagnetischen Feldes kann dabei vom Umformzustand des Werkstückes abhängig gemacht werden.
Durch eine derartige induktive Aufheizung eines Werkstücks kann bereits ein lokales Erstarren und eine unerwünschte vorzeitige Abkühlung des Werkstücks vermieden werden. Die induktive Einkopplung der elektromagnetischen Wellen kann allerdings bei Verwendung größerer Werkzeuge, z. B. einer größeren Druckgusseinrichtung mit metallischen Formhälften, problematisch ein, da durch das zeitlich sich ändernde bzw. oszillierende elektromagnetische Feld auch in den Formhälften Wirbelströme induziert werden.
GB-A-2160456 offenbart ein Gießverfahren, das nicht für einen Druckgussvorgang vorgesehen oder geeignet ist. In die Gießform eingebettete Elektroden werden durch einen Stromfluss erwärmt und erwärmen dadurch die Gießform und indirekt das Metall, insbesondere in Vorratsräumen, aus denen Metall in den Nutzraum nachfließen soll, wenn das Metall in dem Nutzraum erstarrt und sich dabei zusammenzieht.
WO-93/22088-A offenbart ebenfalls einen Gießvorgang, der kein Druckgussvorgang ist und insbesondere in einer Sandgussform stattfindet. Ein elektrischer Strom wird durch das eingefüllte Metall geleitet und soll bewirken, dass Zuführungs- und Überlaufleitungen mit geringem Querschnitt verwendbar sind, ohne dass das Metall in diesen Leitungen vorzeitig aushärtet. Die Gießform ist mit Anschlusspunkten für einen einzigen Stromkreis versehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Druckgussverfahren mit erweiterten Möglichkeiten zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass an Teile der Druckgussvorrichtung eine elektrische Spannung angelegt wird, durch die mit dem Metall ein geschlossener Stromkreis gebildet wird, durch den dem Metall konduktiv Wärmeenergie zugeführt wird, und dass in einzelnen Phasen des Druckgussvorganges unterschiedliche Stromzuführungen zur Bildung unterschiedlicher Stromflüsse erfolgen.
Demgemäß ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens versehen mit einer Druckgussvorrichtung, die mehrere Anschlusspunkte zum Anlegen einer elektrischen Spannung aufweist, mit denen ein elektrischer Strom durch in der Druckgussvorrichtung enthaltenes flüssiges oder pastöses Metall durchleitbar ist, und mit einer Steuereinrichtung zur Änderung der Stromzuführung während unterschiedlicher Phasen des Druckgussvorgangs.
Erfindungsgemäß wird das Metall somit konduktiv erhitzt, d. h. es wird ein elektrischer Strom durch das Metall geleitet. Hierzu wird erfindungsgemäß eine Spannung an hierfür geeignete Teile der verwendeten Werkzeuge bzw. der Urformvorrichtung gelegt, zwischen denen sich das Metall befindet.
Eine derartige konduktive Erhitzung kann gegenüber einer induktiven Erhitzung mit relativ geringem apparativen Aufwand erreicht werden, indem eine hierfür geeignete Stromquelle an die gewünschten Teile der Vorrichtung angeschlossen wird. Als Stormquelle kann z.B. eine Schweißstromquelle verwendet werden, die die gewünschten hohen Stromstärken von z. B größer/gleich 100 A bei der gewünschten Spannung von z.B. kleiner/gleich 100 V liefern kann.
Erfindungsgemäß kann die Spannung insbesondere an Bauteilen eingegeben werden, die eine große Berührungsfläche mit dem Metall aufweisen, wie z.B. bei einer Gußvorrichtung der Gießkolben, die Gießkammer oder Formhälften, so daß eine relativ gleichmäßige Wärmezufuhr zu dem Metall erreicht werden kann. Da der elektrische Widerstand des Metalls mit steigender Temperatur ebenfalls zunimmt, tritt in dem Metall eine natürliche Gegenkopplung auf, so daß bei stärkerer Erhitzung einiger Bereiche des Metalls der Widerstand zunimmt und der Strom verstärkt durch andere, kühlere Bereiche des Metalls fließt.
Die Spannung kann grundsätzlich in allen Bereichen der Urformvorrichtung angelegt werden. Bei Verwendung von metallischen Bauteilen, bei einer Druckgußvorrichtung z.B. der Gießkolben, die Gießkammer, der Amboß, die Formhälften oder ein Schieber, kann die Spannung direkt an diese Bauteile angeschlossen werden. Weiterhin ist es möglich, in den betreffenden Bauteilen Elektroden zum Anschluß der Spannungsquelle vorzusehen, die erfindungsgemäß Teile der Urformvorrichtung darstellen. Ein Einsatz von Elektroden kann z.B. in Formhälften sinnvoll sein, die eine keramische Isolierung gegenüber dem Formhohlraum aufweisen.
Die Stromzuführung kann in einzelnen Phasen des Verfahrens unterschiedlich erfolgen. Bei einem Druckgußverfahren kann während der Einfüllphase, bei der das schmelzflüssige oder pasteuse Metall in die Gießkammer eingefüllt wird, vorteilhafterweise eine Spannung zwischen Gießkolben und Amboß angelegt werden, so daß ein Strom über die Länge der Gießkammer durch das Metall erzeugt wird.
Hierdurch kann insbesondere die Temperatur des Metalls konstant gehalten werden; weiterhin ist es möglich, die Temperatur des Metalls in der Gießkammer zu erhöhen, so daß in einer Aufschmelzphase vor dem Einfüllen nicht unnötig viel Energie verbraucht wird. Ein späteres Erwärmen ist insbesondere bei Thixo-Casting-Verfahren bzw. SMS (Solid State Melting)-Verfahren sinnvoll, bei denen ein Butzen eines lediglich aufgeweichten bzw. leich pasteusen Metalls eingeführt wird, da eine unnötige Erhitzung des Butzens bzw. ein Warmhalten vorgewärmter Butzen vor dem Einfüllen somit zumindest teilweise verhindert werden kann.
Während der Formfüllung kann eine Spannung insbesondere zwischen den Formhälften angelegt werden, so daß das in dem Formhohlraum befindlich Metall direkt zwischen den Formhälften erwärmt wird. Hierzu können, falls die Formhälften auf ihrer Innenseite im stärkeren Maße mit einem keramischen Isolator überzogen sind, ergänzend auch Elektroden verwendet werden. Als Elektroden können beispielsweise auch in den Formhälften angebrachte metallische Kühlkörper verwendet werden, so daß ein Anbringen weiterer Elektroden in bestehende Vorrichtungen unnötig ist. Weiterhin kann ein Strom auch zwischen Gießkolben bzw. Gießkammer und einer oder beiden Formhälften erzeugten werden, so daß auch das noch in der Gießkammer und im Anschnitt sich befindene Metall erwärmt wird. Bei Verwendung von Schiebern zur Erzeugung gewünschter Druckgußformen können auch diese als ein Anschlußpunkt der Spannung gegenüber einem anderen Schieber, einer oder beider Formhälften oder insbesondere dem Gießkolben und/oder Gießkammer verwendet werden.
In der Erstarrungsphase nach der Formfüllung kann es insbesondere vorteilhaft sein, den Preßrest zwischen Gießkolben und Amboß flüssig zu halten, damit weiterhin ein Druck auf das in dem Formhohlraum befindliche Metall ausgeübt wird, um eine gute Verdichtung bzw. Dichtspeisung des Metalls in dem Formhohlraum zu gewährleisten. Weiterhin kann z.B. durch eine Spannung zwischen Gießkolben bzw. Gießkammer und den Formhälften bzw. einer in ihnen angebrachten Elektrode oder eines in ihnen angebrachten Schiebers der Anschnitt, der den Innenraum der Gießkammer mit dem Formhohlraum verbindet, freigehalten werden, damit der auf dem Preßrest ausgeübte Druck eine längere Zeit auf das in dem Formhohlraum befindliche Metall einwirkt.
Durch eine geeignete Stromführung im Metall kann desweiteren eine gerichtete Erstarrung im Formhohlraum erreicht werden, indem in den Bereichen geringerer Stromstärke zunächst eine Abkühlung auftritt, die von hier aus in den Formhohlraum weiterwandert. Da bei einer Abkühlung sich das Metall von den Wänden der Formhälften löst, tritt ein Widerstandsprung ein, der diesen Effekt noch verstärkt. Es kann somit sukzessive eine Ablösung des Metalls in den erstarrten Bereichen von den Formhälften und eine gerichtete Erstarrung erreicht werden.
Nach dem Erstarren kann eine weitere Temperaturbehandlung zur Gefügeverbesserung, bei der dem Werkstoff in gewünschten Bereichen in gewünschter Weise konduktiv Wärmeenergie zugeführt wird, ohne weitere Hilfsmittel durchgeführt werden. Hierzu können vorzugsweise in dem Gußstück eingebettete Elektroden, z.B. Kerne, benutzt werden, wodurch eine Stromzuführung auch in Bereichen des Metalls gewährleistet wird, die sich von den Formhälften abgelöst haben.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum einem manuell durchgeführt werden. Weiterhin kann der Spannungs- bzw. Stromverlauf in Abhängigkeit von errechneten oder gemessenen Funktionskurven variiert werden. Hierfür kann z.B. eine gewünschte Anfahr- bzw. Abschaltcharakteristik beim Erhöhen und Senken der Stromstärken durchgeführt werden. Erfindungsgemäß ist weiterhin vorteilhafterweise eine Regelung mit Temperaturmessung des Metalls möglich, so daß die Spannungs- bzw. Stromstärke in Abhängigkeit von einer Temperatur bzw. den in mehreren Punkten des Metalls gemessenen Temperaturwerten geändert werden kann. Hierdurch kann die Temperatur insbesondere konstant gehalten oder eine Temperaturabsenkung des Metalls verzögert werden. Weiterhin kann auch eine andere Meßgröße für eine Regelung gemessen werden. Hierbei kann insbesondere ein Forminnendruck zwischen den Formhälften gemessen werden. Diese Messung kann z.B. durch eine bündig in der Formoberfläche bzw. Innenfläche der Formhälften vorgesehene Membran, die mit einem außerhalb des Forminnenraums angebrachten Piezokristall verbunden ist, geschehen. Alternativ dazu kann ein Piezokristall unter einem Auswerferstift vorgesehen sein, so daß über den verschiebbaren Auswerferstift eine Messung des Forminnendrucks möglich ist.
Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ hierzu eine Schallemission, insbesondere eine Ultraschallemission des Metalls, z.B. im Bereich von 100 kHZ, gemessen werden. Aus einer derartigen Schallemissionsanalyse kann auf die unerwünschte Lunker-Bildung während des Erstarrens geschlossen werden. Ein Beispiel einer derartigen Schallemissionsanalyse ist in der DE 39 40 560 C2 gezeigt. Erfindungsgemäß erfolgt die Regelung hierbei derartig, daß bei Vorliegen eines Meßsignals bzw. eines zu hohen Meßsignals die Heizleistung erhöht wird, so daß das gemessene Signal minimal gehalten wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Die Figur zeigt den schematischen Aufbau einer Druckgußvorrichtung in Schnittdarstellung.
Durch ein Einfüllloch 9 wird flüssiges Metall, z.B. Aluminium, Magnesium oder eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung, während einer Einfüllphase in den Innenraum einer Gießkammer 7 gefüllt. Hierbei ist der Gießkolben 8 in der in der Figur gezeigten zurückgezogenen Stellung. Das flüssige Metall 13 füllt den Innenraum der Gießkammer 7 mit einem Füllungsgrad von z.B. 30 bis 80 % aus.
In der anschließenden Formfüllphase wird der Gießkolben 8 gegen einen Amboß 10 gedrückt, so daß das flüssige Metall 13 in einen Formhohlraum 1 zwischen zwei Formhälften 2 und 3 gedrückt wird und nachfolgend erstarrt. Anschließend werden die Formhälften 2 und 3 auseinander gezogen und wird so das urgeformte Werkstück freigeben. Zur Erreichung komplizierterer Geometrien können ein Schieber 4 oder mehrere Schieber in den Formhohlraum geführt sein, die vor dem Ausformen aus dem Werkstück entfernt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Werkstück während einer oder mehrerer dieser Phasen konduktiv zu erwärmen. Während der Einfüllphase und nach der Einfüllphase kann z.B. ein Strom durch das in der Gießkammer 7 sich befindene flüssige Metall 13 geführt werden, indem eine Spannung zwischen dem Gießkolben 8 und dem Amboß 10 angelegt wird. Hierdurch kann erreicht werden, daß ein elektrischer Strom durch die gesamte Länge der Gießkammer 7 fließt. Der Amboß 10 kann dabei gegenüber der Gießkammer 7 elektrisch isoliert oder nicht isoliert sein. Bei einer elektrischen Isolierung wird ein möglicher Kurzschlußstrom von dem Gießkolben über die Gießkammer zum Amboß 10 verhindert bzw. verringert.
In der nachfolgenden Formfüllphase kann eine Spannung zwischen Gießkolben 8 und einer Formhälfte 2 oder 3 angelegt werden, so daß ein Strom entlang des flüssigen Metalls in der Gießkammer und dem teilweise oder vollständig gefüllten Formhohlraum fließt. Hierbei können die Formhälften 2 und 3 parallel geschaltet werden, so daß sie gemeinsam als Elektrode gegen den Gießkolben 8 geschaltet sind. Hierdurch kann eine gleichmäßige Stromverteilung im Werkstück in Formhohlraum 1 und somit eine gleichmäßige Wärmezufuhr erreicht werden. Weiterhin ist es alternativ oder ergänzend hierzu möglich, eine Spannung zwischen die Formhälften 2 und 3 zu legen, so daß ein Strom direkt durch das zwischen den Formhälften sich befindende Metall fließt und dieses erwärmt. Weiterhin kann eine Spannung auch zwischen die Gießkammer 7 und einer oder beiden Formhälften 2, 3 geschaltet werden. Es ist auch möglich, ergänzend oder alternativ hierzu eine Spannung zwischen einem Schieber 4 und einer oder beiden Formhälften 2, 3 bzw. zwischen Schieber 4 und Gießkolben, Gießkammer oder Amboß 10 anzulegen, so daß ein Strom durch den Formhohlraum 1 fließt.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann statt einer oder beider Formhälften auch eine Elektrode 12 zum Spannungsanschluß verwendet werden, z.B. wenn eine keramische Isolierschicht 5, 6 an einer oder beiden Formhälften 2, 3 so stark ausgebildet ist, daß eine Stromführung über sie erschwert ist. Alternativ hierzu kann auch die Elektrode gegen die Formhälften elektrisch isoliert sein. Während der nachfolgenden Erstarrungsphase kann zum einen eine Spannung zwischen Gießkolben 8 und Amboß 10 gelegt werden, so daß ein Preßrest in der Gießkammer flüssig gehalten wird. Hierdurch wird ein Druck in diesem Preßrest aufrechterhalten, der zur Dichtspeisung des Metalls im Formhohlraum während des Erstarrens dient, so daß eine bessere bzw. dichtere Gefügeausbildung des Metalls erreicht wird. Hierzu kann ergänzend oder alternativ ein Strom zwischen Gießkolben 8 und/oder Gießkammer 7 und einer oder beider Formhälften 2, 3 bzw. einer Elektrode 12 oder einem Schiebers 4 geschaltet sein, um das Metall im Anschnitt 11 flüssig zu halten. Es können hierbei Isolierschichten an Elektroden zur Abschirmung gegen ein Formteil und/oder Isolierschichten an stromführenden Formteilen, wie z.B. Gießkammer 7, Gußkolben 8, Amboß 10, den Formhälften 2, 3 und/oder dem Schieber 4 zur Isolierung gegen andere Formteile oder das Gießmetall vorgesehen sein.
Auch nach dem Erstarren kann ein Stromfluß aufrecht erhalten werden, vorzugsweise z.B. zwischen den Formhälften oder zwischen Gießkolben und einer oder beider Formhälften. Hierdurch kann eine Temperaturbehandlung zur Verbesserung des Gefüges erreicht werden.
Falls ein in der Figur nicht gezeigtes Eingußstück in das Metall eingegossen werden soll, kann es, falls es elektrisch leitend ist, direkt zum Anschluß der Spannung verwendet werden. Alternativ hierzu können Elektroden an dem Gußteil angebracht werden.
Als Stromquellen können z.B. Schweißstromquellen verwendet werden, die Spannungen von z.B. kleiner/gleich 100 V und Ströme von z.B. größer/gleich 100 A liefern, so daß bereits bestehende Vorrichtungen verwendet werden können. Hierbei können auch Anfahr- und Auslaufkurven zur Stromstärkeregulierung verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch z.B. für Kokillenguß- oder Sandgußverfahren verwendet werden, wobei der Strom von einer Gießformhälfte über eine andere Gießformhälfte oder einer Elektrode, bzw. über eine Zuführvorrichtung für das Metall eingeleitet wird. Weiterhin ist eine Verwendung für Schmiedeverfahren oder Gesenkschmiedeverfahren möglich, bei denen vorteilhafterweise ein Strom direkt über die Schmiedeformen eingespeist wird.

Claims (26)

  1. Verfahren zum Urformen eines Metalls in einem Druckgussvorgang in einer Druckgussvorrichtung, bei dem schmelzflüssiges oder pastöses Metall (13) in einer Einfüllphase in eine Gießkammer (7) eingebracht und in einer Formfüllphase mit einem Gießkolben (8) in einem Formhohlraum (1) zwischen zwei Formhälften (2, 3) gedrückt wird und anschließend in einer Erstarrungsphase in dem Formhohlraum (1) erstarrt, dadurch gekennzeichnet, dass an Teile der Druckgussvorrichtung eine elektrische Spannung angelegt wird, durch die mit dem Metall (13) ein geschlossener Stromkreis gebildet wird, durch den dem Metall konduktiv Wärmeenergie zugeführt wird, und dass in einzelnen Phasen des Druckgussvorganges unterschiedliche Stromzuführungen zur Bildung unterschiedlicher Stromflüsse erfolgen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung zwischen den Formhälften (2,3) und/oder in den Formhälften angebrachten Elektroden (12) angelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung zwischen einerseits einer oder beiden Formhälften (2,3) und andererseits der Gießkammer (7) und/oder dem Gießkolben (8) und/oder einem die Gießkammer verschließenden Amboss (10) angelegt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung zwischen einerseits einem oder mehreren Schiebern (4) und andererseits einer oder beiden Formhälften (2,3) und/oder dem Amboss (10) und/oder der Gießkammer (7) und/oder dem Gießkolben (8) angelegt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einfüllphase eine Spannung zwischen dem Gießkolben (8) und einem als Verschluss der Gießkammer (7) dienenden Amboss (10) angelegt wird, wobei die Gießkammer vorzugsweise geerdet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einfüllphase ein Butzen eines pastösen bzw. aufgeweichten festen Metalls eingegeben und von dem Gießkolben (8) gegen den Amboss (10) gedrückt wird, und eine Spannung zwischen Gießkolben (8) und Amboss (10) derartig angelegt wird, dass die Temperatur des Butzens durch den elektrischen Strom gehalten oder erhöht wird, und in der Formfüllphase der Butzen zwischen Kolben und Amboss derartig zerdrückt wird, dass der Formhohlraum (1) gefüllt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Formfüllphase eine Spannung zwischen einerseits dem Gießkolben (8) und/oder der Gießkammer (7) und andererseits einer oder beider Formhälften (2,3) und/oder einer in den Formhälften vorgesehenen Elektrode (12) und/oder einem in den Formhälften angebrachten Schieber (4) angelegt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Formfüllphase eine Spannung zwischen einerseits einer ersten Formhälfte (2) und/oder einer in der ersten Formhälfte angebrachten Elektrode und/oder einem in der ersten Formhälfte angebrachten Schieber und andererseits der zweiten Formhälfte (3) und/oder einer in der zweiten Formhälfte angebrachten Elektrode (12) und/oder einem in der zweiten Formhälfte angeordneten Schieber (4) angelegt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Erstarrungsphase eine Spannung zwischen einerseits dem Gießkolben (8) und/oder der Gießkammer (7) und andererseits dem Amboss (10) angelegt wird derartig, dass ein zwischen Gießkolben und Amboss verbleibender Pressrest flüssig oder pastös gehalten wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Pressrestes gemessen und die anliegende Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Erstarrungsphase eine Spannung zwischen dem Gießkolben (8) und/oder der Gießkammer (7) einerseits und einer oder beiden Formhälften (2,3) und/oder einem in den Formhälften angeordneten Schieber (4) und/oder einer in den Formhälften angebrachten Elektrode (12) angelegt wird derartig, dass das Metall in einem den Übergang zwischen dem Innenraum der Gießkammer (7) und dem Formhohlraum (1) bildenden Anschnitt (11) flüssig bzw. pastös gehalten wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung während der Erstarrungsphase zeitlich abgesenkt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingussteil in den Formhohlraum eingegossen wird, wobei das Eingussteil oder eine an dem Eingussteil befestigte Elektrode als Anschlusspunkt für die Spannung geschaltet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Spannungen kleiner/gleich 100 V und Ströme größer/gleich 100 A verwendet werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere anliegende elektrische Spannungen und/oder eingespeiste elektrische Ströme und/oder den Spannungen und Strömen entsprechende elektrische Leistungen in Abhängigkeit von einem oder mehreren Messsignalen geregelt werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Messsignal bzw. Messsignale ein oder mehrere Temperaturmesssignale genommen werden, die an einer oder mehreren Stellen gemessen werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Metalls während eines Einfüllvorgangs konstant gehalten wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während des Formfüllvorgangs konstant gehalten wird oder eine Temperaturabsenkung verzögert wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Messsignal bzw. Messsignale ein oder mehrere mittels einer Schallemissionsanalyse gewonnene Ultraschallsignale verwendet werden und eine Regelung derartig durchgeführt wird, dass das gemessene Ultraschallsignal minimal ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass ein gemessenes Schallsignal einen Referenzwert überschreitet, eine angelegte Spannung bzw. ein eingespeister Strom bzw. eine abgegebene elektrische Leistung erhöht werden.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße ein an einer oder mehreren Stellen gemessener Forminnendruck genommen wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung entlang einer vorgegebenen Kennlinie des Forminnendrucks in Abhängigkeit der Zeit oder Temperatur vorgenommen wird.
  23. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22, mit einer Druckgussvorrichtung, die mehrere Anschlusspunkte zum Anlegen einer elektrischen Spannung aufweist, mit denen ein elektrischer Strom durch in der Druckgussvorrichtung enthaltenes flüssiges oder pastöses Metall (13) durchleitbar ist, und mit einer Steuereinrichtung zur Änderung der Stromzuführung während unterschiedlicher Phasen des Druckgussvorgangs.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Steuern der angelegten Spannung oder des eingespeisten Stromes in Abhängigkeit eines vorgegebenen zeitlichen Verlaufes.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung zum Regeln der angelegten Spannung oder des eingespeisten Stromes oder der abgegebenen Leistung in Abhängigkeit von einer oder mehreren Messgrößen.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Druckmesseinrichtungen zur Messung des Forminnendruckes vorgesehen sind, die einen Piezokristall unter einem Auswerferstift und/oder eine in der Formoberfläche angebrachte Membran aufweisen.
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