EP1242205A1 - Vorbehandlung eines thixotropen metallbolzens - Google Patents

Vorbehandlung eines thixotropen metallbolzens

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Publication number
EP1242205A1
EP1242205A1 EP00991167A EP00991167A EP1242205A1 EP 1242205 A1 EP1242205 A1 EP 1242205A1 EP 00991167 A EP00991167 A EP 00991167A EP 00991167 A EP00991167 A EP 00991167A EP 1242205 A1 EP1242205 A1 EP 1242205A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating tube
metal bolt
bolt
heating
metal
Prior art date
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Granted
Application number
EP00991167A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1242205B1 (de
Inventor
Miroslaw Plata
Christophe Bagnoud
Grégoire Arnold
Martin Bolliger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3A Composites International AG
Original Assignee
Alcan Technology and Management Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcan Technology and Management Ltd filed Critical Alcan Technology and Management Ltd
Priority to EP00991167A priority Critical patent/EP1242205B1/de
Publication of EP1242205A1 publication Critical patent/EP1242205A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1242205B1 publication Critical patent/EP1242205B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any of groups F27B1/00 - F27B15/00
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D2003/0034—Means for moving, conveying, transporting the charge in the furnace or in the charging facilities
    • F27D2003/0075—Charging or discharging vertically, e.g. through a bottom opening
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/12—Travelling or movable supports or containers for the charge

Definitions

  • the invention relates to a pretreatment device for providing a thixotropic metal bolt in a casting chamber of a thixoforming device, comprising a container for receiving a metal bolt, an oven for converting the metal bolt in the container into a semi-liquid, thixotropic state, and a transport device for transporting and Inserting the thixotropic metal bolt into the casting chamber and using the pretreatment device.
  • the invention further relates to a corresponding method according to the features of the preamble of claim 12, and the use of the method.
  • Thixoforming relates to the production of molded parts from thixotropic metal bolts. All bolts made of a metal which can be converted into a thixotropic state are suitable as metal bolts.
  • the metal bolts can consist of aluminum, magnesium or zinc and the alloys of these metals.
  • the thixotropic properties of partially liquid or partially solid metal alloys are used in thixoforming.
  • the thixotropic properties of a metal alloy mean that a correspondingly prepared metal behaves unloaded like a solid, but reduces its viscosity under shear loads to such an extent that it behaves similarly to a metal melt. This requires heating the alloy in the solidification interval between the liquidus and solidus temperature. The temperature is to be set so that, for example, a structural proportion of 20 to 80% by weight is melted, but the rest remains in solid form.
  • thixoforming In the case of thixoforming, partially solid / partially liquid metal is processed into molded parts in a modified die casting machine, a so-called thixoforming device.
  • the die casting machines used for thixoforming differ from the die casting machines for die casting metal melts by, for example, a longer casting chamber for receiving the thixotropic metal pin and a larger piston stroke required as a result, and, for example, a mechanically reinforced design of the parts of the die casting machine that guide the thixotropic metal alloy as a result of the higher pressure load on these parts during thixoforming.
  • the metal bolts are usually heated in a separate oven.
  • the furnaces can be heated with fuel, for example gas or oil, or electrical energy, for example by means of resistance heating or by means of inductive energy input.
  • the heating of the metal bolts is of great importance in relation to the great influence that the state of the bolt inserted into the casting chamber has on the quality of the product, since:
  • the temperature distribution in the thixotropic metal bolt, the so-called thixo blank should be as homogeneous as possible.
  • the metal bolt is brought into the thixotropic state, i.e. the stud is heated until the desired proportion of alloy has melted, expediently by means of an oven temperature controlled by sensors.
  • a bowl-shaped container for example in a metal bowl made of stainless steel, or a crucible made of clay-graphite or clay-SiC and transferred to the thixotropic state in a horizontal position.
  • the thixotropic metal bolt can then, for example in the same container, be transferred to the casting chamber of a horizontal thixoforming device by means of, for example, a gripper and introduced into the casting chamber by tilting the container.
  • the metal bolt remains in the same container during the heating process and the transport to the casting chamber.
  • EP-A-0 645 206 describes a device for the production of mechanically highly stressed parts by thixoforming, which contains a pretreatment device described at the beginning.
  • the metal bolts are placed in cup-shaped containers in a tubular continuous furnace in the thixotropic Transferred state, and the container containing the thixotropic bolt is transported to the casting chamber by a robot, and by tilting the container, the thixotropic bolt is conveyed into the casting chamber.
  • EP-B-0 713 736 describes a holding device for inductively heating bolts made of metal alloys with thixotropic properties and for holding and transporting the bolts until they are cast.
  • the holding device is a specially designed trough-shaped shell.
  • a further problem during the heating process can arise from the leakage of liquid metal from the bolt, since such liquid metal can escape to the outside during the transport of the container, for example still inside the furnace, which often affects the inside of the furnace, especially when used of an induction furnace, damaged.
  • the volume of liquid metal emerging from the metal bolt during the bolt heating process can typically be up to 10% of the bolt volume.
  • a further problem caused by the elimination of liquid metal during the heating process can arise if liquid metal is poured into the casting chamber, since this can cause pre-solidification in the casting chamber, which then causes a multitude of defects, such as air pockets or structural inhomogeneities, in the thixo Can cause molding.
  • the object of the present invention is to avoid the aforementioned disadvantages of the prior art and to specify a pretreatment device and a method for the reproducible provision of thixotropic metal bolts in a casting chamber of a thixoforming device, the thixotropic metal bolts having a homogeneous temperature distribution and one over the entire bolt cross section and entire bolt length has a homogeneously distributed liquid component, and the leakage of liquid metal into the heating furnace and the introduction of liquid metal into the casting chamber are avoided.
  • Another object of the present invention is to maintain the stud shape during the heating process and the transport of the thixotropic stud to the casting chamber and during its insertion into the casting chamber.
  • a still further object of the present invention is seen in the possibility of increasing the transport speed, since this reduces the cooling that occurs during the transport of the billets from the furnace to the casting chamber.
  • the container is a cylindrical, laterally closable heating tube
  • the pretreatment device is designed such that the metal bolt during the entire pretreatment, namely the heating process in the furnace and the transport into the casting chamber and the lingering in the Casting chamber until the start of the thixoforming process, can remain in the heating tube.
  • the pretreatment device according to the invention is suitable for all metal bolts made of commercially available alloys which can be converted into a thixotropic state.
  • Particularly suitable metal stud materials are alloys made of aluminum, magnesium or zinc. In particular, cast aluminum and wrought aluminum alloys are preferred.
  • the pretreatment device according to the invention is advantageously also suitable for processing particle-reinforced aluminum alloys which contain, for example, homogeneously distributed SiC or Al 2 O 3 particles.
  • the pretreatment device according to the invention is very particularly suitable for aluminum alloys which have a pronounced solidification interval, such as AISi7Mg.
  • the metal bolts expediently contain homogeneously distributed, primarily solidified solid particles which consist of individual degenerate dentrites. Before- the proportion of primarily solidified solid particles is between 40 and 80% by weight. In order to achieve good thixotropic behavior, for example in aluminum alloys the alpha mixed crystal must be in a globulistic form in order to achieve a uniform flow of melt and solid.
  • the degenerate dentrites of the metal bolts generally generally have a globulistic shape, as a result of which a uniform, homogeneous flow of melt and solid can be achieved without segregation.
  • the production of metal bolts with a structure with globulistic dentrites takes place, among other things. through a continuous casting process, combined with intensive electromagnetic stirring even during the solidification phase. This leads to melting and breaking off of dentrite arms, which form near the solidus temperature and form the globulistic structure.
  • the metal bolts required for the thixoforming are preceded to the thixoforming process by means of the pretreatment device according to the invention to a temperature above the solidus temperature and below the liquidus temperature, i.e. heated to a partially solid, thixotropic state.
  • the thixotropic alloy In the semi-solid state, the thixotropic alloy, the so-called thixotropic alloy pulp, contains the reverse developed dentritic, primary-solid particles in a matrix of liquid metal surrounding them.
  • the thixotropic alloy slurry preferably contains a liquid fraction of 40% by weight to 50% by weight and in particular between 43% by weight and 48% by weight.
  • the metal bolts can be in a vertical or horizontal position with respect to their longitudinal axis.
  • An induction furnace is preferably used to convert the metal bolt into a thixotropic state.
  • a primary coil is arranged around the container, the alternating current flowing in the primary coil inducing an alternating magnetic field in the container and / or in the metal bolt.
  • the heating tube or the metal bolt is heated by the alternating magnetic field, which causes vigorous eddy currents in the heating tube or the metal bolt and thus causes a corresponding heating.
  • the penetration depth of the eddy currents and thus the depth of the heated layer is frequency-dependent; if high frequencies are used, rapid heating predominantly of the layers near the surface takes place.
  • this consists of a metal.
  • Metals from the series of iron-carbon-containing metals such as steel, stainless steel, Thermax steel, hot-work steel or from the series of metals tantalum, niobium, vanadium, tungsten or titanium or alloys thereof are preferably used for this purpose.
  • Heating tubes made of copper or its alloys are further preferred. Heating tubes made of steel and in particular made of stainless steel or tool steel are particularly preferred.
  • a metal heating tube in particular a steel heating tube
  • the magnetic field essentially only penetrates the heating tube, so that the induction furnace essentially only heats up the heating tube directly and the heating of the metal bolt almost exclusively by heat conduction happens from the heating pipe in the metal bolts.
  • the stud material is thus heated by heating the heating tube and by conduction from the heating tube to the stud material. Due to the high thermal conductivity of a metal heating tube, there is a radially symmetrical heat conduction from the heating tube to the metal bolt, provided that the metal bolt is in thermal contact with the heating tube over its entire circumference.
  • the radially symmetrical heat conduction then also results in a radially symmetrical temperature distribution in the metal bolt, a low radial temperature gradient being established very quickly due to the high thermal conductivity of the metal bolt.
  • the heating device according to the invention with a metal heating tube achieves a very homogeneous temperature and thus also a very homogeneous liquid metal distribution in the entire metal bolt. This is particularly because the direct introduction of energy into the heating tube occurs and the stud material is only indirectly heated by heat conduction, so that any local differences in the structure or chemical composition of the stud material have no influence on the direct introduction of energy.
  • this can consist of ceramic material.
  • the magnetic field penetrates the heating tube, ie the ceramic material of the heating tube is transparent to the magnetic field.
  • the metal bolt is then heated by direct interaction with the magnetic field of the induction furnace.
  • Suitable ceramic materials are, for example, Al 2 0 3 , AL 3 0 4 , BN, SiC, Si 3 N, MgO, TiO, Zr0 2) stabilized, such as yttrium-stabilized Zr0 2 , glasses or refractory cements or mixtures containing the materials mentioned contain.
  • the heating tube can consist of fiber-reinforced ceramic material or contain such materials, and the fibers of the fiber-reinforced ceramic material can be made of SiC, Al 2 O 3 , glass or carbon, for example.
  • the inner diameter d R of the heating tube in the cold state is expediently somewhat larger than the bolt diameter d B of the cold metal bolt ,
  • the inner diameter cfa of the heating tube as a function of the pin diameter ⁇ fe is preferably chosen such that the metal pin in the cold state, in particular at room temperature, ie at a temperature of 15 ° C. to 30 ° C., by a dimension ⁇ d of approximately 0.5 mm , preferably 0.5 ⁇ 0.3 mm, in particular 0.5 ⁇ 0.1 mm, is smaller than the inner diameter d R of the heating tube.
  • the metal bolt expands in the radial and axial direction, so that at a certain point in time the bolt diameter de corresponds to the inside diameter cfa of the heating tube, it having to be taken into account that the inside diameter d R is also temperature-dependent.
  • a very even, radially symmetrical heat transfer from the heating tube to the metal bolt is ensured during the heating process of the metal bolt - as soon as the bolt diameter de equals the inside diameter d R of the heating tube due to the thermal expansion.
  • a radially symmetrical, even heat transfer is particularly important after reaching the solidus temperature of the metal bolt, since a locally elevated temperature in a temperature range above half the solidus temperature causes a corresponding local melting of the stud material and consequently should be avoided.
  • the material of the heating tube and the inner diameter d R of the heating tube are selected such that the metal bolt at its solidus temperature T SO ii d u s has essentially the same diameter d B as the inner diameter d R of the heating tube , More preferably, the bolt diameter d B in Tsoii d u s fulfills the relationship 0.996 d R d d B d d R , particularly preferably 0.998 d R d d B d d R and in particular 0.999 d R d d B d d R.
  • the metal bolts are cylindrical and generally have a round or oval cross section, but can also be a polygonal cross section.
  • the diameter of the metal bolts in the cold state is, for example, 50 to 180 mm, advantageously 75 to 150 mm and preferably 100 to 150 mm.
  • the length of the metal bolts is, for example, 80 to 500 mm when cold.
  • the metal bolt and the heating tube expand.
  • Different materials have different coefficients of thermal expansion.
  • the coefficient of thermal expansion of steel or ceramic material is considerably smaller than that of, for example, aluminum or aluminum alloys. Accordingly, a metal bolt made of an aluminum alloy, for example, expands more than a heating tube made of, for example, steel or ceramic material, so that - starting from a smaller diameter of the metal bolt in the cold state compared to the inner diameter of the heating tube - the metal bolts at a certain temperature are the same Diameter as the heating tube has.
  • the solidus temperature T SO ii d _ ⁇ s of the metal pin material of the diameter corresponds to the metal bolt substantially to the diameter of the heating tube, so that in the temperature range in which the thixotropic properties of the metal bolt to be adjusted substantially, optimal thermal contact is formed between the heating tube and metal bolt.
  • T SO iidus the heating tube containing the metal bolt is heated above the solidus temperature T SO iidus, the eutectic is melted together with an increase in volume of the metal bolt.
  • the eutectic of aluminum alloys suitable for thixoforming typically forms at approx. 550 to 570 ° C.
  • the volume increase in the range between solidus and liquidus temperature is typically approx.
  • the stud material can only expand in the longitudinal direction of the heating tube, provided that the condition according to which at T SO ⁇ idus the bolt diameter d B corresponds to the diameter d R of the heating tube is met.
  • the increase in volume between the solidus and liquidus state - depending on the bolt length - manifests itself in an increase in the bolt length of typically approx. 3 to 16 mm and in particular 3 to 6 mm.
  • the increase in length of an aluminum bolt below the solidus temperature is - depending on the bolt length - typically between 1 and 2 mm.
  • the length of the heating tube must be greater than the bolt length.
  • the length of the heating tube is preferably selected such that the heating tube is a total of approximately 5 to 30 mm, in particular 10 to 20 mm, longer than the metal bolt to be heated therein.
  • the end face of the heating tube protrudes on each side of the heating tube, preferably by approximately 2.5 to 15 mm and in particular by 5 to 10 mm, relative to the end face of the metal bolt.
  • the end face of the heating tube at the upper end of the tube protrudes from the end face of the metal bolt preferably by approximately 5 to 30 mm and in particular by 10 to 20 mm.
  • the wall thickness of the heating tube is preferably 1 to 5 mm for steel tubes, preferably 4 to 10 mm for copper tubes and 8 to 15 mm for ceramic tubes.
  • the heating tube according to the invention can be closed on both sides.
  • Closure elements made of ceramic material are preferably used for this purpose.
  • the same materials described above are suitable as ceramic materials for the closure elements as for the one preferred embodiment variant of the heating tube made of ceramic material.
  • Ceramic material has a low thermal conductivity compared to the metal bolt material, so that the radial temperature distribution at the front edge regions of the metal bolt is only slightly influenced by such closure elements.
  • the heating tube is expediently sealed on its two end faces by means of closure elements, preferably plug-like or peg-shaped closure elements.
  • closure elements preferably plug-like or peg-shaped closure elements.
  • the plug-like or peg-shaped closure elements are designed with regard to the choice of material and shape such that their friction properties in the heating tube on the one hand allow a displacement in the direction of the longitudinal axis of the heating tube caused by the thermal expansion of the metal bolt during the heating process and on the other hand a displacement by that of the metal bolt the closure elements applied pressure is avoided after reaching the temperature required for the desired thixotropic state.
  • the closure elements Prior to the heating process, the closure elements are preferably pushed into the heating tube to such an extent that they are in direct mechanical contact with the end faces of the metal bolt. As a result, the closure elements move during the heating process in the heating tube due to the thermal expansion of the metal bolt.
  • the heating tube is sealed on one side and tightly at the lower end of the tube.
  • the heating pipe can be side directly on a preferably height-adjustable table top, preferably on a table top made of ceramic material, or the heating tube can be sealed by means of a closure element, preferably by a plug-shaped or peg-shaped closure element, and by means of this closure element on a preferably height-adjustable table top any heat-resistant material in a vertical position.
  • the closure element is preferably designed with regard to the choice of material and shape such that, on the one hand, no liquid metal can escape from the heating tube during the heating process in the furnace and, on the other hand, the friction of the closure element in the heating tube is less than 10 N.
  • the friction of the closure element must be low so that a gripper arm of a transport device, in particular a robot gripper arm, can heat the heating tube without great effort, i.e. without the gripper arm having to be designed for large mechanical loads, can lift off the locking element fixed on the table top.
  • a high level of friction is not necessary to achieve a high level of tightness, since the closure element only has to prevent the leakage of liquid metal during the heating process and, because of the cohesion of molten metals, in particular aluminum melts, this does not require a high level of tightness.
  • the friction of the closure element in the heating tube is expediently less than 30 N, preferably between 2 and 20 N and in particular between 5 and 10 N.
  • the pretreatment device according to the invention is suitable for providing a thixotropic metal bolt in a casting chamber of a vertical or horizontal thixoforming device.
  • this pretreatment device is particularly advantageous for the provision of a thixotropic metal bolt in a horizontal casting chamber, since the shape retention can be ensured particularly well with the device according to the invention.
  • the casting chamber, which receives the thixotropic metal bolt lies horizontally.
  • the device according to the invention is particularly advantageous for the provision of thixotropic metal bolts made of aluminum or aluminum alloys.
  • Aluminum bolts are very particularly preferably heated in an induction furnace with a vertical heating space.
  • the object of the method is achieved according to the invention in that the container is a cylindrical heating tube, the metal pin always remains in the heating tube during the heating process and the subsequent transport into the casting chamber, and the heating tube containing the metal pin is positioned in the casting chamber in this way becomes that during the subsequent thixoforming process the casting piston of the thixoforming device can push the thixotropic metal bolt out of the heating tube.
  • the heating tube containing the thixotropic metal bolt is transported to the casting chamber, for example by a robot, after the heating process and after any dripping of molten metal that has escaped from the metal bolt during the heating process, and is inserted into the front, half-open part of the casting chamber.
  • the casting piston pushes the metal bolt out of the heating pipe into a closed part of the casting chamber;
  • the thixotropic metal alloy is then introduced through a through opening into the pouring channels and then into the mold cavity.
  • the casting piston is pulled back, so that a gripper arm of the transport device can then pick up the heating tube from the casting chamber and use it for further pretreatment processes.
  • the return of the heating tube for further use for further pretreatment processes expediently takes place during the solidification phase of the thixotropic metal alloy in the mold cavity.
  • the casting structure that forms in the mold cavity during the solidification of the thixotropic metal alloy essentially determines the properties of the molded parts.
  • the microstructure formation is characterized by the phases, such as mixed crystal and eutectic phases, the cast grain, such as globulites and dendrites, segregations as well as structural defects such as porosity (gas pores, micro-voids) and impurities, such as oxides.
  • Liquid metal escaping from the metal bolt during the heating process is at least partially removed from the heating tube.
  • the liquid metal portion emerging from the metal bolt during the heating process is typically less than 1% by weight of the bolt material.
  • the transport of the thixotropic metal bolt from the heating furnace into the casting chamber by means of a robot typically takes 5 to 30 s and preferably 8 to 15 s.
  • the time period during which the thixotropic metal bolt remains in the casting chamber is typically between 3 and 5 s. This time is required for moving a robot gripper arm out of the casting chamber and for the electronic readiness control of a thixoforming device.
  • the pretreatment method according to the invention has significant advantages, in particular: it leads to a substantial reduction in the heat losses of the thixotropic metal during the transport from the heating furnace to the casting chamber and in the casting chamber thanks to the heating tube heated up to the same temperature as the metal bolt;
  • the pretreatment device according to the invention and the method according to the invention are suitable for the provision of thixotropic metal bolts in vertical or horizontal casting chambers. Preferred uses of the method according to the invention are described in use claims 18 and 19.
  • a circular cylindrical aluminum bolt with a diameter of 100 mm and a length of 200 mm in a vertical position is heated in a furnace with a resistance heater to a required temperature above the solidus temperature, whereby the final temperature and the time-dependent Temperature profile of the heating furnace can be selected such that at the end of the heating process there is a thixotropic metal bolt with a liquid content of approx. 50% by weight.
  • the aluminum bolt is located in a stainless steel heating tube with a wall thickness of 5 mm during the heating process.
  • the heating pipe and thus also the metal bolt lie on a heat insulation plate at the lower end.
  • At the upper end of the heating tube its circular upper edge protrudes about 5 mm above the upper edge of the bolt.
  • the upper end of the heating tube is not closed, so that the change in length can be measured using a laser interferometer during the entire heating process.
  • thermocouples lying parallel to the longitudinal axis of the bolt, whereby - with respect to the concentric longitudinal axis of the aluminum bolt - a first thermocouple for measuring the edge temperature T 0 is introduced in the edge region of the aluminum bolt, a second thermocouple for measuring the Temperature Ti is positioned in the middle between the center of the bolt and the edge of the bolt and a third thermocouple for measuring the temperature T 2 is arranged approximately 5 mm from the center of the bolt.
  • the thermocouples are inserted approx. 50 mm deep into the bolt.
  • the time-dependent temperature profiles T 0 (t), T ⁇ t) and T 2 (t) measured with the three thermocouples mentioned are shown in FIG. 3 and show - within a measurement accuracy of ⁇ 1% - essentially all the same temperature profile.
  • FIG. 4 The change in length of the metal bolt measured during the heating profile shown in FIG. 3 is shown in FIG. 4. From this it can be seen that the aluminum bolt expands in the longitudinal direction by approximately 1.5 mm until the solidus temperature is reached, the thermal linear expansion increasing sharply above the solidus temperature.
  • an aluminum bolt according to the invention is heated in a vertical position until the thixotropic bolt has a liquid content of approximately 50% by weight, then removed from the furnace, transferred to a horizontal position and ejected from the heating tube.
  • the examination of the geometric shape of the thixotropic aluminum bolt shows that the shape is stable, i.e. the thixotropic aluminum bolt has essentially the same shape as the original aluminum bolt, apart from the thermal expansion.
  • the thixotropic bolt keeps its smooth surface even during the heating process. No traces of oxidation can be observed on the surface.
  • the examination of the liquid metal distribution by means of a cutting test further shows that the homogeneity of the thixotropic state is also very well fulfilled.
  • FIG. 1 schematically shows the chronological sequence of the essential method steps for the provision of a thixotropic metal bolt in the casting chamber of a horizontal thixoforming device, the metal bolt being converted into the thixotropic state in a horizontal position;
  • FIG. 2 shows schematically the chronological sequence of the essential method steps for the provision of a thixotropic metal bolt in the casting chamber of a horizontal thixoforming device, the metal bolt being heated in a vertical position;
  • Fig. 3 shows an example of a typical heating curve;
  • FIG. 4 shows an example of a typical temperature-dependent deformation curve of a metal bolt during a heating process according to the invention.
  • FIG. 1 The drawings a) to c) of Fig. 1 each show a vertical longitudinal section along the concentric longitudinal axis £ of a metal bolt 10, respectively. through the device elements 14, 20, 30 in which the metal bolt 10 is located during the pretreatment, the heating process of the metal bolt 10 taking place in a horizontal position.
  • FIG. 1 a shows the loading of a metal bolt 10 which is in a fixed physical state into a horizontally lying heating tube 14.
  • the heating tube 14 is closed with stopper-shaped closure elements 16, 18, the closure elements 16, 18 abutting the end faces 15 of the heating tube 14 on the one hand and on the other hand close flush with the metal bolt 10, ie the closure elements 16, 18 lie within the heating tube 14 on the end faces 12 of the metal bolt 10.
  • the heating tube 14 containing the metal bolt 10 and closed with the closure elements 16, 18 is inserted horizontally into the heating space 21 of an induction furnace 20.
  • the heating tube 14 is located in the middle of the heating space 21 enclosed by induction coils 22, ie the concentric longitudinal axis of the heating space 21 and the concentric longitudinal axis 1 of the metal bolt 10 coincide.
  • the metal bolt initially expands in all directions.
  • the metal bolt reaches its solidus temperature Ts oüd u s
  • the metal bolt 10 abuts the heating pipe 14, so that the metal bolt 10 essentially does not expand any further radially, ie the further radial expansion of the metal bolt 10 is usually very small radial expansion of the heating tube 14 limited.
  • the further thermal expansion of the metal bolt 10 after reaching the solidus temperature T SO iidus is essentially only possible in the direction of its concentric longitudinal axis £, the closure elements 16, 18 being pushed apart from one another in accordance with the thermal expansion of the metal bolt 10, so that the plug-shaped ones Closure elements 16, 18 no longer rest against the end faces 15 of the heating tube 14.
  • 1 b) shows the unloading of the induction furnace 20, ie the removal of the heating tube 14 containing the thixotropic metal bolt 10 from the heating space 21 of the induction furnace 20.
  • the closure elements 16, 18 are separated from the heating tube 14 after the induction furnace 20 has been unloaded.
  • the liquid metal melt 24 that emerged from the metal bolt 10 during the heating process is removed from the heating pipe 14 by letting the liquid metal 24 drip from the heating pipe 14, the liquid metal being collected, for example, in a collecting pan (not shown).
  • FIG. 1 c) shows the heating pipe 14 inserted into a casting chamber 30 of a horizontal thixoforming device.
  • the heating pipe 14 is positioned in the casting chamber cavity 32 of the casting chamber 30 such that during the subsequent thixoforming process the casting piston 34 removes the thixotropic metal bolt 10 from the heating pipe 14 butt, so that the thixotropic metal alloy can then be introduced through the through opening 36 into the sprue (not shown) and then into the mold cavity (not shown).
  • the casting chamber 30 has a recess for receiving the heating tube. This cutout serves on the one hand for centering the heating tube 14 and on the other hand as a stop for fixing the heating tube 14 during the ejection of the thixotropic metal bolt 10 at the beginning of the thixoforming process.
  • FIG. 2 The drawings a) to e) of Fig. 2 each show a vertical longitudinal section along the concentric longitudinal axis £ of a metal bolt 10, respectively. through the device elements 14, 20, 30, in which the metal bolt 10 is located during the pretreatment, the heating process of the metal bolt 10 taking place in a vertical bolt position.
  • FIG. 2 a shows the insertion of a metal bolt 10 located in a vertical heating tube 14 into a vertically lying, cylindrical heating space 21 of an induction furnace 20.
  • the heating tube 14 is also at the lower end of the tube, ie on the lower end face 15 of the heating tube 14 closed a plug-shaped closure element 16.
  • the closure element lies on a table top 26.
  • the heating tube 14 containing the metal bolt 10 is introduced into the induction furnace 20 by vertically placing the heating tube 14 on the table top 26, the closure element 16 coming to rest on the table top 26, and by lifting the table top 26 until the heating tube 14 is complete comes to rest in the heating chamber 21 of the induction furnace 20.
  • the heating tube 14 is located in the center of the heating space 21 delimited by the induction coils 22, ie the concentric longitudinal axis of the heating space 21 coincides with the concentric longitudinal axis £ of the metal bolt 10.
  • the metal bolt initially expands in the radial as well as in the vertical direction.
  • the metal bolt reaches its solidus temperature T so ii u s
  • the metal bolt 10 abuts the heating pipe 14 in the radial direction, so that the metal bolt 10 essentially does not expand any further radially, ie the further radial expansion of the metal bolt 10 is the usual one very small radial expansion of the heating tube 14 is limited. Accordingly, the further thermal expansion of the metal bolt 10 after reaching the solidus temperature T SO ⁇ idus i is essentially only possible in the vertical direction, parallel to its concentric longitudinal axis £.
  • the upper tube end 15 of the heating tube 14 is open, so that the metal bolt 10 can expand thermally without hindrance.
  • FIG. 2 b shows the induction furnace 20 after the heating tube 14 with the thixotropic metal bolt 10 is led out of the heating space 21.
  • the thixotropic metal bolt is produced by lowering the table top 26.
  • FIG. 2 c shows the heating tube 14, which is led out of the furnace in the vertical direction and contains the thixotropic metal bolt 10 and is fixed vertically on the table top 26 and which is also tightly closed with the plug-shaped closure element 16.
  • FIG. 2 d) shows the heating tube 14, which is separated from the table top 26 and the closure element 16 and contains the thixotropic metal bolt 10, in a horizontal position.
  • the heating tube 14 is expediently separated from the closure element 16 and the heating tube is transferred into a horizontal position by means of a robot.
  • the force to be used by the robot arm for lifting the heating tube 14 off the table top 26 and the closure element 16 is low.
  • the closure element 16 closes the heating tube 14 in a form-fitting and tight manner.
  • the tightness is only to avoid the outflow of liquid Metal is required, so that due to the surface tension of the liquid metal, the closure element 16 essentially only has to engage in the heating tube 14 in a form-fitting manner and therefore no high friction between the heating tube 14 and the closure element 16 is required.
  • the thixotropic metal bolt is clamped in the heating tube in this way, i.e. its adhesion is so great that the heating tube can be lifted from the closure element in the vertical direction without the thixotropic metal bolt 10 falling out of the heating tube 14.
  • the vertical lifting of the heating tube 14 from the closure element 16 fixed on the table top 26 also allows the liquid metal 24 formed during the heating process to drip outside the heating furnace 20.
  • FIG. 2 e shows the heating tube 14 inserted into a casting chamber 30 of a horizontal thixoforming device.
  • the heating tube 14 is positioned in the casting chamber cavity 32 of the casting chamber 30 such that during the subsequent thixoforming process the casting piston 34 removes the thixotropic metal bolt 10 from the heating tube 14 butt, so that the thixotropic metal alloy can then be introduced through the through opening 36 into the sprue (not shown) and then into the mold cavity (not shown).
  • the casting chamber 30 has a recess for receiving the heating tube. This recess serves on the one hand for centering the heating tube 14 and on the other hand as a stop for fixing the heating tube 14 during the pushing out of the thixotropic metal bolt 10 at the beginning of the thixoforming process.
  • the thixotropic metal bolt 10 is expediently inserted into the casting chamber cavity 32 of the casting chamber 30 by means of a robot.
  • the thixotropic metal bolt must be inserted so gently that the shape of the bolt 10 is guaranteed after insertion into the casting chamber 30.
  • FIG. 3 shows a typical heating curve until the solidus temperature T so ii dus of an aluminum bolt 10 located in a heating tube 14 according to the invention is reached in a resistance furnace.
  • the heating curve relates to a circular cylindrical aluminum bolt 10 with a diameter of 100 mm and a length of 200 mm in a heating pipe 14 made of stainless steel Position, the heating tube 14 has a wall thickness of 5 mm and the lower end face 12 of the aluminum bolt 10 rests directly on a heat insulation plate 26, ie the lower ledge side 12 of the aluminum bolt 10 and the lower end face 15 of the heating tube 14 lie in the same plane.
  • the heating curve i.e. the time-dependent bolt temperature
  • the heating curve is continuously recorded during the heating process by means of thermocouples lying parallel to the longitudinal axis of the bolt £, whereby - with respect to the concentric longitudinal axis £ of the aluminum bolt 10 - a first thermocouple for measuring the edge temperature T 0 (t) in the edge region of the Aluminum bolt 10 is inserted, a second thermocouple for measuring the temperature T ⁇ (t) is positioned in the middle between the center of the bolt and the edge of the bolt and a third thermocouple for measuring the temperature T 2 (t) is arranged approximately 5 mm from the center of the bolt.
  • the thermocouples are inserted approximately 50 mm deep into the bolt 10.
  • the time-dependent temperature profiles To (t), T ⁇ (t) and T 2 (t) measured with the three thermocouples mentioned are shown in FIG. 3 and show - within a measurement accuracy of ⁇ 1% - essentially all the same temperature profile.
  • FIG. 4 shows an example of a typical temperature-dependent deformation curve during the heating process of an aluminum bolt 10 according to the invention shown in FIG. 3 by the heating curve. From FIG. 4 it can be seen that the aluminum bolt 10 reaches about 560 until the solidus temperature T SO iidus is reached ° C in the longitudinal direction essentially linearly temperature-dependent by approx. 1.5 mm, whereby the thermal linear expansion ⁇ L (T) increases abruptly above the solidus temperature.

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Abstract

Vorbehandlungsvorrichtung und Verfahren zur Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens (10) in einer Giesskammer (30) einer Thixoformeinrichtung. Die Vorbehandlungsvorrichtung enthält einen Behälter (14) für die Aufnahme eines Metallbolzens (10), einen Ofen (20) zur Überführung des im Behälter (14) befindlichen Metallbolzens (10) in einen teilflüssigen, thixotropen Zustand, sowie eine Transportvorrichtung für das Transportieren und Einführen des thixotropen Metallbolzens (10) in die Giesskammer (30). Der Behälter (14) stellt ein zylinderförmiges, seitlich verschliessbares Aufheizrohr (14) dar. Zudem ist die Vorbehandlungsvorrichtung dergestalt ausgebildet, dass der Metallbolzen (10) während der ganzen Vorbehandlung, nämlich dem Aufheizprozess im Ofen (20) und dem Transport in die Giesskammer (30) und dem Verweilen in der Giesskammer (30), im Aufheizrohr (14) verbleiben kann.

Description

Vorbehandlung eines thixotropen Metallbolzens
Die Erfindung betrifft eine Vorbehandlungsvorrichtung zur Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens in einer Giesskammer einer Thixoformeinrichtung, ent- haltend einen Behälter für die Aufnahme eines Metallbolzens, einen Ofen zur Überführung des im Behälter befindlichen Metallbolzens in einen teiiflüssigen, thixotropen Zustand, sowie eine Transportvorrichtung für das Transportieren und Einführen des thixotropen Metallbolzens in die Giesskammer, und die Verwendung der Vorbehandlungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiter ein entsprechendes Verfahren nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 12, und die Verwendung des Verfahrens.
Das Thixoformen betrifft die Herstellung von Formteilen aus thixotropen Metallbolzen. Als Metallbolzen kommen dabei alle Bolzen aus einem in einen thixotropen Zustand überführbaren Metall in Frage. Insbesondere können die Metallbolzen aus Aluminium, Magnesium oder Zink und den Legierungen dieser Metalle bestehen.
Beim Thixoformen werden die thixotropen Eigenschaften teilflüssiger bzw. teilfester Metalllegierungen ausgenützt. Die thixotropen Eigenschaften einer Metalllegierung bedeuten, dass ein entsprechend vorbereitetes Metall sich unbelastet wie ein Festkörper verhält, unter Schubbeanspruchung seine Viskosität jedoch soweit verringert, dass es sich ähnlich einer Metallschmelze verhält. Dazu ist ein Aufheizen der Legierung in das Erstarrungsintervall zwischen Liquidus- und Solidustemperatur erforderlich. Die Temperatur ist dabei so einzustellen, dass beispielsweise ein Ge- fügeanteil von 20 bis 80 Gew.% aufgeschmolzen wird, der Rest jedoch in fester Form verbleibt.
Beim Thixoformen wird teilfestes/teilflüssiges Metall in einer modifizierten Druckgiessmaschine, einer sogenannten Thixoformeinrichtung, zu Formteilen verarbeitet. Die zum Thixoformen eingesetzten Druckgiessmaschinen unterscheiden sich gegenüber den Druckgiessmaschinen zum Druckgiessen von Metallschmelzen durch beispielsweise eine länger ausgestaltete Giesskammer zur Aufnahme des thixotropen Metallbolzens und einen dadurch benötigten grösseren Kolbenhub, und beispielsweise einer mechanisch verstärkten Ausgestaltung der die thixotrope Metall- legierung führenden Teile der Druckgiessmaschine infolge der höheren Druckbelastung dieser Teile während dem Thixoformen. Das Aufheizen der Metallbolzen geschieht üblicherweise in einem separaten Ofen. Die Beheizung der Öfen kann mit Brennstoff, wie beispielsweise Gas oder Öl, oder elektrischer Energie, wie beispielsweise mittels einer Widerstandsheizung oder mittels induktiver Energieeinbringung, geschehen.
Der Aufheizung der Metallbolzen kommt, in Bezug auf den grossen Einfluss, welcher der Zustand des in die Giesskammer eingeführten Bolzens auf die Qualität des Produktes ausübt, eine grosse Bedeutung zu, da:
- der Bolzenzustand, d.h. seine Teilfestigkeit, üblicherweise nur in einem kleinen Temperaturbereich vorhanden ist,
- lang dauernde Aufheizzeiten, beispielsweise der Bildung einer dicken Oxidhaut oder einer möglichen Kornvergröberung wegen, vermieden werden sollen,
- und zur Erzielung eines homogenen Endproduktes die Temperaturverteilung im thixotropen Metallbolzen, dem sogenannten Thixo-Rohling, möglichst homogen sein soll.
Deshalb geschieht das Überführen des Metallbolzens in den thixotropen Zustand, d.h. die Erwärmung des Bolzens bis der gewünschte Legierungsanteil aufgeschmolzen ist, zweckmässigerweise durch eine mit Sensoren geregelte Ofentem- peratur.
Zum Aufheizen der Metallbolzen werden diese üblicherweise in ein schalenförmi- ges Behältnis, beispielsweise in eine metallische Schale aus rostfreiem Stahl, oder einem Tiegel aus Ton-Graphit oder Ton-SiC gegeben und in horizontaler Lage in den thixotropen Zustand überführt.
Der thixotrope Metallbolzen kann dann, beispielsweise in demselben Behälter, mittels beispielsweise einem Greifer zur Giesskammer einer Horizontal-Thixoform- einrichtung transferiert und durch Kippen des Behälters in die Giesskammer ein- geführt werden. In diesem Fall bleibt der Metallbolzen während dem Aufheizprozess und dem Transport bis zur Giesskammer in demselben Behälter.
Die EP-A-0 645 206 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung von mechanisch hoch beanspruchten Teilen durch Thixoformen, welche eine eingangs beschrie- bene Vorbehandlungsvorrichtung enthält. Dabei werden die Metallbolzen in tas- senförmigen Behältern in einem rohrförmigen Durchlaufofen in den thixotropen Zustand überführt, und der den thixotropen Bolzen enthaltende Behälter wird mittels einem Roboter zur Giesskammer transportiert, und durch Kippen des Behälters wird der thixotrope Bolzen in die Giesskammer befördert.
Die EP-B-0 713 736 beschreibt eine Haltevorrichtung zum induktiven Aufheizen von Bolzen aus Metalllegierungen mit thixotropen Eigenschaften und zum Halten und Transportieren der Bolzen bis zum Vergiessen. Die Haltevorrichtung ist dabei eine speziell gestaltete wannenförmige Schale.
Die in der Praxis angewandten technischen Lösungen hinsichtlich der Bolzen-Aufheizung und dem Bolzen-Transport von thixotropen Metallbolzen gewährleisten oft weder eine ausreichende thermische Homogenität des in die Giesskammer eingeführten Bolzens, noch die für die Erreichung einer stabilen Qualität notwendige Wiederholbarkeit des Aufheizprozesses. Die thermische Inhomogenität manifestiert sich beispielsweise in einer in Bezug auf den Bolzenquerschnitt unregelmassigen Verteilung des Flüssiganteils, wobei dies oft zu einer lokalen Anschmelzung des Metallbolzens, insbesondere an den Metallbolzen-Enden, führt. Als Folge davon kann sich die Geometrie des Bolzens wesentlich verändern (Ovalisierung, Krater), was in der Anfangsphase des Thixoformprozesses üblicherweise ein Eindringen von Luft und/oder von Aluminium-Oxiden in die Formkavität bewirkt und als Konsequenz zu einer Erhöhung des Ausschusses führt.
Ein weiteres Problem während des Aufheizprozesses kann sich durch das Austreten von flüssigem Metall aus dem Bolzen ergeben, da solches flüssiges Metall während dem Transport des Behälters, beispielsweise noch innerhalb des Ofens, nach aussen dringen kann, was häufig das Innere des Ofens, insbesondere bei Verwendung eines Induktionsofens, beschädigt. Hierbei ist zu beachten, dass das während dem Bolzen-Aufheizprozess aus dem Metallbolzen austretende Volumen von flüssigem Metall typischerweise bis zu 10 % des Bolzenvolumens betragen kann.
Ein weiteres Problem durch das Ausscheiden von flüssigem Metall während dem Aufheizprozess kann entstehen, wenn flüssiges Metall in die Giesskammer eingefüllt wird, da dadurch Vorerstarrungen in der Giesskammer entstehen können, wel- ehe dann eine Vielzahl von Defekten, wie Lufteinschlüsse oder Strukturinhomogenitäten, im Thixo- Formteil verursachen können. Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Vermeidung der vorgenannten Nachteile des Standes der Technik und die Angabe einer Vorbehandlungsvorrichtung und eines Verfahrens zur reproduzierbaren Bereitstellung von thixotropen Metallbolzen in einer Giesskammer einer Thixoformeinrichtung, wobei der thixotrope Metallbol- zen eine homogene Temperaturverteilung und einen über den ganzen Bolzenquerschnitt und die ganze Bolzenlänge homogen verteilten Flüssiganteil aufweist, und das Auslaufen von flüssigem Metall in den Aufheizofen sowie das Einbringen von flüssigem Metall in die Giesskammer vermieden werden. Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung ist der Erhalt der Bolzen-Gestalt während dem Aufheizprozess und dem Transport des thixotropen Bolzens zur Giesskammer und während dessen Einführen in die Giesskammer. Eine noch weitere Aufgabe vorliegender Erfindung wird in der Möglichkeit einer Erhöhung der Transportgeschwindigkeit gesehen, da dadurch die während dem Bolzentransport vom Ofen zur Giesskammer sich ergebende Abkühlung verringert wird.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Behälter ein zylinderförmi- ges, seitlich verschliessbares Aufheizrohr darstellt, und die Vorbehandlungsvorrichtung dergestalt ausgebildet ist, dass der Metallbolzen während der ganzen Vorbehandlung, nämlich dem Aufheizprozess im Ofen und dem Transport in die Giesskammer und dem Verweilen in der Giesskammer bis zum Beginn des Thixo- formprozesses, im Aufheizrohr verbleiben kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Vorbehandlungsvorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.
Das erfindungsgemässe, neue Konzept, demgemäss sich der Metallbolzen während dem ganzen Vorbehandlungsprozess in einem hohlzylinderförmigen Behälter, dem sogenannten Aufheizrohr, befindet:
- garantiert eine homogene und symmetrische Erwärmung in achsialer und ra- dialer Richtung des Bolzens;
- minimiert während dem Aufheizprozess in einem Induktionsofen die Inhomogenitäten des magnetischen Feldes an den Rändern des Bolzens;
- verhindert übermässiges Aufschmelzen der Bolzenoberfläche;
- gewährleistet den Formerhalt des Bolzens während dem Aufheizprozess, dem Transport zur Giesskammer und in der Giesskammer; - beseitigt den Einfluss von allfällig vorhandenen, strukturellen Inhomogenitäten und der chemischen Zusammensetzung des Metallbolzens auf den Erwär- mungsprozess;
- ermöglicht die Anwendung einer billigeren und effizienteren Erwärmung mittels Induktionsfeld mit einer gegenüber dem Stand der Technik höheren Frequenz;
- vermeidet - abgesehen vom Metallbolzen und dem Aufheizrohr - das Erfordernis und die Anwesenheit anderer Metallelemente innerhalb eines Induktionsofens, was die Störung der Homogenität des magnetischen Feldes innerhalb eines Induktionsofens minimiert; - ermöglicht eine gegenüber dem Stand der Technik präzisere Kontrolle des Erwärmungsprozesses durch direkte Messung der Temperatur des Aufheizrohres und der während dem Aufheizprozess sich einstellenden, thermischen Längenausdehnung des Metallbolzens, wobei die Längenausdehnung des Metallbolzens während dem Aufheizprozess oberhalb der Solidustemperatur des Bol- zenmaterials proportional zum Flüssiganteil ist;
- eliminiert die Notwendigkeit der Verwendung von Kompensationsplatten an den Bolzenenden innerhalb eines Induktionsofens zur Homogenisierung des magnetischen Feldes, was die Kosten für die Vorbehandlungsvorrichtung senkt und ihre Funktionssicherheit erhöht; und - ermöglicht einen gegenüber dem bekannten Stand der Technik schnelleren Transport des thixotropen Metallbolzens vom Aufheizofen in die Giesskammer.
Die erfindungsgemässe Vorbehandlungsvorrichtung eignet sich für alle Metallbolzen aus handelsüblichen Legierungen, die in einen thixotropen Zustand überführt werden können. Besonders geeignete Metallbolzenmaterialien sind Legierungen aus Aluminium, Magnesium oder Zink. Insbesondere werden Aluminium-Guss- sowie Aluminium-Knetlegierungen bevorzugt. Die erfindungsgemässe Vorbehandlungsvorrichtung eignet sich vorteilhaft auch für die Verarbeitung von partikelverstärkten Aluminiumlegierungen, die beispielsweise homogen verteilte SiC- oder AI2θ3-Partikel enthalten. Ganz besonders geeignet ist die erfindungsgemässe Vorbehandlungsvorrichtung für Aluminiumlegierungen, die ein ausgeprägtes Erstarrungsintervall aufweisen, wie beispielsweise AISi7Mg.
Die Metallbolzen enthalten zweckmässigerweise homogen verteilte, primär er- starrte Festteilchen, die aus einzelnen degenerierten Dentriten bestehen. Bevor- zugt beträgt der Anteil an primär erstarrten Festteilchen zwischen 40 und 80 Gew.- %. Zur Erzielung eines guten thixotropen Verhaltens muss beispielsweise bei Aluminiumlegierungen der Alpha-Mischkristall in globulistischer Form vorliegen, um ein gleichmässiges Fliessen von Schmelze und Feststoff zu erreichen.
Die degenerierten Dentriten der Metallbolzen weisen allgemein vorzugsweise eine globulistische Gestalt auf, wodurch ein gleichmässig homogenes Fliessen von Schmelze und Feststoff ohne Entmischung erreicht werden kann. Die Herstellung von Metallbolzen mit einem Gefüge mit globulistischen Dentriten erfolgt u.a. durch ein Stranggiessverfahren, kombiniert mit einem intensiven elektromagnetischen Rühren auch während der Erstarrungphase. Dadurch kommt es zum Abschmelzen und Abbrechen von Dentritenarmen, die sich nahe der Solidustemperatur einformen und das globulistische Gefüge bilden.
Die für das Thixoformen benötigten Metallbolzen werden vorgängig zum Thixo- formprozess mittels der erfindungsgemässen Vorbehandlungsvorrichtung auf eine Temperatur oberhalb der Solidustemperatur und unterhalb der Liquidustemperatur, d.h. bis zur Erreichung eines teilfesten, thixotropen Zustandes, aufgeheizt.
Im teilfesten Zustand enthält die thixotrope Legierung, der sogenannte thixotrope Legierungsbrei, die zurückentwickelten dentritischen, primärfesten Partikel in einer diese umgebenden Matrix aus flüssigem Metall. Bevorzugt enthält der thixotrope Legierungsbrei einen Flüssiganteil von 40 Gew.-% bis 50 Gew.-% und insbesondere zwischen 43 Gew.-% und 48 Gew.-%.
Während dem Aufheizprozess können sich die Metallbolzen bezüglich ihrer Längsachse in vertikaler oder horizontaler Lage befinden.
Zur Überführung des Metallbolzens in einen thixotropen Zustand wird bevorzugt ein Induktionsofen verwendet. Dabei ist beispielsweise eine Primärspule um den Behälter angeordnet, wobei der in der Primärspule fliessende Wechselstrom im Behälter und/oder im Metallbolzen ein magnetisches Wechselfeld induziert. Die Erwärmung des Aufheizrohres bzw. des Metallbolzens geschieht durch das magnetische Wechselfeld, welches im Aufheizrohr bzw. im Metallbolzen kräftige Wirbel- ströme und dadurch eine entsprechende Ewärmung hervorruft. Die Eindringtiefe der Wirbelströme und somit die Tiefe der erwärmten Schicht ist frequenzabhängig; bei Anwendung hoher Frequenzen erfolgt eine rasche Aufheizung vorwiegend der oberflächennahen Schichten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Aufheizrohres besteht dieses aus einem Metall. Bevorzugt werden dazu Metalle der Reihe der eisen-kohlenstoffhaltigen Metalle, wie Stahl, Edelstahl, Thermax-Stahl, Warmarbeitsstahl oder aus der Reihe der Metalle Tantal, Niob, Vanadium, Wolfram oder Titan oder Legierungen davon verwendet. Weiter bevorzugt werden Aufheizrohre aus Kupfer oder seinen Legierungen. Speziell bevorzugt werden Aufheizrohre aus Stahl und insbesondere aus Edelstahl oder Werkzeugstahl.
Wird für den Aufheizprozess in einem Induktionsofen ein metallenes Aufheizrohr, insbesondere ein Aufheizrohr aus Stahl, verwendet, so durchdringt das magnetische Feld im wesentlichen nur das Aufheizrohr, so dass der Induktionsofen im wesentlichen nur das Aufheizrohr direkt aufheizt und die Erwärmung des Metallbolzens fast ausschliesslich durch Wärmeleitung vom Aufheizrohr in den Metallbolzen geschieht. Die Aufheizung des Bolzenmaterials geschieht somit durch Aufheizung des Aufheizrohres und durch Wärmeleitung vom Aufheizrohr auf das Bolzenmaterial. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit eines metallenen Aufheizrohres ergibt sich eine radialsymmetrischen Wärmeleitung vom Aufheizrohr auf den Metallbolzen, sofern der Metallbolzen über seinen gesamten Umfang in thermischem Kontakt mit dem Aufheizrohr ist. Die radialsymmetrische Wärmeleitung bewirkt dann auch eine radialsymmetrische Temperaturverteilung im Metallbolzen, wobei durch die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metallbolzens sich sehr schnell ein geringer ra- dialer Temperaturgradient einstellt.
Durch die erfindungsgemässe Aufheizvorrichtung mit einem metallenen Aufheizrohr wird eine sehr homogene Temperatur- und damit auch eine sehr homoge Flüssigmetall-Verteilung im ganzen Metallbolzen erreicht. Dies insbesondere auch, weil die direkte Energieeinbringung in das Aufheizrohr geschieht und das Bolzenmaterial nur indirekt durch Wärmeleitung aufgeheizt wird, so dass allfällige, lokal vorhandene Unterschiede in der Gefügestruktur oder in der chemischen Zusammensetzung des Bolzenmaterials keinen Einfluss auf die direkte Energieeinbringung haben.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Aufheizrohres kann dieses aus keramischem Material bestehen. Bei Verwendung derartiger Aufheiz- rohre in einem Induktionsofen durchdringt das magnetische Feld das Aufheizrohr, d.h. das keramische Material des Aufheizrohres ist für das magnetische Feld transparent. Die Aufheizung des Metallbolzens geschieht dann durch direkte Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Induktionsofens.
Geeignete keramische Materialien sind beispielsweise Al203, AL304, BN, SiC, Si3N , MgO, TiO, Zr02) stabilisierte, wie Yttrium-stabilisierte Zr02, Gläser oder feuerfeste Zemente oder Mischungen, welche die genannten Materialien enthalten. Weiter bevorzugt kann das Aufheizrohr aus faserverstärktem keramischem Mate- rial bestehen oder solche Materialien enthalten, und die Fasern des faserverstärkten keramischen Materials können beispielsweise aus SiC, AI2O3, Glas oder Kohlenstoff sein.
Zur Gewährleistung des Einführens des Metallbolzens in das Aufheizrohr ist der Innendurchmesser dR des Aufheizrohres im kalten Zustand, insbesondere bei Raumtemperatur, d.h. bei einer Temperatur von 15°C bis 30°C, zweckmässiger- weise etwas grösser als der Bolzendurchmessers dB des kalten Metallbolzens.
Der Innendurchmesser cfa des Aufheizrohres in Abhängigkeit des Bolzendurch- messers αfe wird bevorzugt derart gewählt, dass der Metallbolzen im kalten Zustand, insbesondere bei Raumtemperatur, d.h. bei einer Temperatur von 15°C bis 30°C, um ein Mass Δd von ca. 0.5 mm, vorzugsweise 0.5 ± 0.3 mm, insbesondere 0.5 ± 0.1 mm, kleiner als der Innendurchmesser dR des Aufheizrohres ist.
Während des Aufheizprozesses dehnt sich der Metallbolzen in radialer und achsi- aler Richtung aus, so dass zu einem bestimmten Zeitpunkt der Bolzendurchmessers de dem Innendurchmesser cfa des Aufheizrohres entspricht, wobei zu berücksichtigen ist, dass der Innendurchmesser dR ebenfalls temperaturabhängig ist.
Bei Verwendung eines metallenen Aufheizrohres, insbesondere bei Verwendung eines Aufheizrohres aus Stahl, wird während dem Aufheizprozess des Metallbolzens - sobald infolge der Wärmeausdehnung der Bolzendurchmesser de gleich dem Innendurchmesser dR des Aufheizrohres entspricht - eine sehr gleichmässige, radialsymmetrische Wärmeübertragung vom Aufheizrohr auf den Metallbolzen gewährleistet. Eine radialsymmetrisch gleichmässige Wärmeübertragung ist insbesondere nach Erreichen der Solidustemperatur des Metallbolzens von grosser Bedeutung, da eine lokal überhöhte Temperatur in einem Temperaturbereich ober- halb der Solidustemperatur eine entsprechende lokale Aufschmelzung des Bolzenmaterials bewirkt und folglich unbedingt vermieden werden soll.
Im Rahmen der erfinderischen Tätigkeit hat sich gezeigt, dass die Verwendung einer dünnen Schmierschicht zur Vermeidung eines Anhaftens des Metallbolzens am Aufheizrohr praktisch keinen Einfluss auf die Wärmeübertragung zwischen dem Bolzen und dem Aufheizrohr bewirkt. Dabei ist zu beachten, dass die als Trennmittel eingesetzten Schmiermittel - falls überhaupt notwendig - meist nur bei Aufheizrohren aus Metall eingesetzt werden, d.h. bei Verwendung von Aufheizrohren aus keramischem Material werden üblicherweise keine Trennmittel benötigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorbehandlungsvorrichtung wird der Werkstoff des Aufheizrohres und der Innendurchmesser dR des Aufheizrohres derart gewählt, dass der Metallbolzen bei seiner Solidustempe- ratur TSOiidus im Wesentlichen denselben Durchmesser dB wie der Innendurchmesser dR des Aufheizrohres aufweist. Weiter bevorzugt erfüllt der Bolzendurchmesser dB bei Tsoiidus die Beziehung 0.996 dR ≤ dB ≤ dR , besonders bevorzugt 0.998 dR ≤ dB ≤ dR und insbesondere 0.999 dR ≤ dB ≤ dR.
Die Metallbolzen sind zylinderförmig und weisen in der Regel einen runden oder ovalen Querschnitt auf, können jedoch auch polygonalen Querschnitts sein. Der Durchmesser der Metallbolzen im kalten Zustand beträgt beispielsweise 50 bis 180 mm, zweckmässigerweise 75 bis 150 mm und bevorzugt 100 bis 150 mm. Die Länge der Metallbolzen beträgt im kalten Zustand beispielsweise 80 bis 500 mm.
Beim Aufheizen des Metallbolzens dehnt sich der Metallbolzen wie auch das Aufheizrohr aus. Unterschiedliche Materialien weisen verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Stahl oder keramischem Material ist wesentlich kleiner als derjenige von beispielsweise Alu- minium oder Aluminiumlegierungen. Demzufolge dehnt sich beispielsweise ein Metallbolzen aus einer Aluminiumlegierung stärker aus als ein Aufheizrohr aus beispielsweise Stahl oder keramischem Material, so dass - ausgehend von einem im kalten Zustand gegenüber dem Innendurchmesser des Aufheizrohres kleineren Durchmesser des Metallbolzens - der Metallbolzen bei einer bestimmten Tempe- ratur den gleichen Durchmesser wie das Aufheizrohr aufweist. Erfindungsgemäss bevorzugt ist nun, dass bei der Solidustemperatur TSOiid_ιs des Metallbolzenmaterials der Durchmesser des Metallbolzens im Wesentlichen dem Durchmesser des Aufheizrohres entspricht, so dass im Temperaturbereich, in dem die thixotropen Eigenschaften des Metallbolzens im Wesentlich eingestellt werden, ein optimaler thermischer Kontakt zwischen Aufheizrohr und Metallbolzen gebildet wird. Bei Erwärmung des den Metallbolzen enthaltenden Aufheizrohres über die Solidustemperatur TSOiidus hinaus, findet die Aufschmelzung des Eutektikums statt, verbunden mit einer Volumenvergrösserung des Metallbolzens. Das Eutektikum von für das Thixoformen geeigneten Aluminiumlegierungen bildet sich typischer- weise bei ca. 550 bis 570 °C. Die Volumenvergrösserung im Bereich zwischen Solidus- und Liquidustemperatur beträgt bei thixotropen Aluminiumlegierungen typischerweise ca. 1.0 bis 5.5 % und insbesondere zwischen 1.5 bis 3 %. Bei der Aufheiz- oder Erwärmungsphase oberhalb der Solidustemperatur TSOiidus, welche bei für das Thixoformen geeigneten Aluminiumlegierungen typischerweise ca. 520 bis 550 °C beträgt, kann sich das Bolzenmaterial nur noch in Längsrichtung des Aufheizrohres ausdehnen, sofern die Bedingung, wonach bei TSOιidus der Bolzendurchmesser dB dem Durchmesser dR des Aufheizrohres entspricht, erfüllt ist. Bei Aluminiumlegierungen manifestiert sich die Volumenvergrösserung zwischen Solidus- und Liquiduszustand - abhängig von der Bolzenlänge - in einer Zunahme der Bolzenlänge von typischerweise ca. 3 bis 16 mm und insbesondere von 3 bis 6 mm. Die Längenzunahme eines Aluminiumbolzens unterhalb der Solidustemperatur beträgt - abhängig von der Bolzenlänge - typischerweise zwischen 1 und 2 mm.
Aufgrund der Längenänderung des Metallbolzens während seiner Überführung in den thixotropen Zustand und zum wenigstens teilweisen Einführen von Verschlusselementen in den Hohlraum des Aufheizrohres muss die Länge des Aufheizrohres grösser als die Bolzenlänge sein. Vorzugsweise wird die Länge des Aufheizrohres derart gewählt, dass das Aufheizrohr insgesamt ca. 5 bis 30 mm, insbesondere 10 bis 20 mm, länger ist als der darin zu erwärmende Metallbolzen. Bei einer Aufheizung des Metallbolzens in horizontaler Lage steht somit auf jeder Seite des Aufheizrohres die Stirnseite des Aufheizrohres gegenüber der Sirnseite des Metallbolzens bevorzugt um ca. 2.5 bis 15 mm und insbesondere um 5 bis 10 mm vor. Bei einer Aufheizung des Metallbolzens in vertikaler Lage steht die Stirnseite des Aufheizrohres am oberen Rohrende gegenüber der Stirnseite des Metall- bolzens bevorzugt um ca. 5 bis 30 mm und insbesondere um 10 bis 20 mm vor. Die Wanddicke des Aufheizrohres beträgt für Stahlrohre bevorzugt 1 bis 5 mm, für Kupferrohre bevorzugt 4 bis 10 mm und für keramische Rohre bevorzugt 8 bis 15 mm.
Das erfindungsgemässe Aufheizrohr ist beidseits verschliessbar. Dazu werden bevorzugt Verschlusselemente aus keramischem Material verwendet. Als keramische Materialien für die Verschlusselemente eignen sich dieselben vorbeschriebenen Materialien wie für die eine bevorzugte Ausführungsvariante des Aufheizrohres aus keramischem Material. Keramisches Material weist gegenüber dem Metallbol- zenmaterial eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass die radiale Temperaturverteilung an den stirnseitigen Randbereichen des Metallbolzens durch solche Verschlusselemente nur wenig beeinflusst wird.
Bei einer während dem Aufheizprozess im Wesentlichen horizontalen Lage des Metallbolzens wird das Aufheizrohr auf seinen beiden Stirnseiten zweckmässiger- weise mittels Verschlusselementen, bevorzugt durch stopfen- oder zapfenförmige Verschlusselemente, dicht verschlossen. Die Dichtheit bezieht sich dabei auf die Vermeidung des Austretens von flüssigem Metall aus dem Aufheizrohr während dem Aufheizprozess.
Weiter bevorzugt sind die stopfen- oder zapfenförmige Verschlusselemente bezüglich Materialwahl und Form derart ausgebildet, dass deren Reibungseigenschaften im Aufheizrohr einerseits eine durch die thermische Ausdehnung des Metallbolzens während dem Aufheizprozess bedingte Verschiebung in Richtung der Längsachse des Aufheizrohres erlauben und andererseits eine Verschiebung durch den vom Metallbolzen auf die Verschlusselemente ausgeübten Druck nach Erreichen der für den gewünschten thixotropen Zustand erforderlichen Temperatur vermieden wird. Die Verschlusselemente werden vorgängig dem Aufheizprozess bevorzugt soweit in das Aufheizrohr geschoben, dass diese in direktem mechanischem Kontakt zu den Stirnseiten des Metallbolzens stehen. Dadurch verschieben sich die Verschlusselemente während dem Aufheizvorgang im Aufheizrohr infolge der thermischen Längenausdehnung des Metalibolzens.
Bei einer während dem Aufheizprozess im Wesentlichen senkrechten Metallbol- zen-Lage wird das Aufheizrohr einseitig, am unteren Rohrende dicht verschlossen.
Auch hier bezieht sich die Dichtheit nur auf die Vermeidung des Ausfliessens von flüssigem Metall aus dem Aufheizrohr. Das Aufheizrohr kann dazu mit einer Stirn- seite direkt auf einer bevorzugt höhenverstellbaren Tischplatte, vorzugsweise auf einer Tischplatte aus keramischem Material, festgelegt werden, oder das Aufheizrohr kann mittels einem Verschlusselement, bevorzugt durch ein stopfen- oder zapfenförmiges Verschlusselement, dicht verschlossen und mittels diesem Ver- Schlusselement auf einer bevorzugt höhenverstellbaren Tischplatte aus beliebigem, wärmefesten Material in vertikaler Position festgelegt werden. Insbesondere bei Verwendung eines stopfen- oder zapfenförmigen Verschlusselementes ist das Verschlusselement bezüglich Materialwahl und Form bevorzugt derart ausgebildet, dass einerseits während dem Aufheizprozess im Ofen kein flüssiges Metall aus dem Aufheizrohr austreten kann und andererseits die Reibung des Verschlusselementes im Aufheizrohr weniger als 10 N beträgt.
Die Reibung des Verschlusselementes muss gering sein, damit ein Greifarm einer Transportvorrichtung, insbesondere ein Robotergreifarm, das Aufheizrohr ohne grosse Kraftaufwendung, d.h. ohne dass der Greifarm für grosse mechanische Beanspruchungen ausgelegt werden muss, vom auf der Tischplatte festgelegten Verschlusselement abheben kann. Andererseits ist eine hohe Reibung für die Erreichung einer hohen Dichtheit auch nicht erforderlich, da das Verschlusselement nur das Auslaufen von flüssigem Metall während dem Aufheizvorgang verhindern muss und aufgrund der Kohäsion von Metallschmelzen, insbesondere von Aluminiumschmelzen, dies keine hohe Dichtheit erfordert. Zweckmässigerweise beträgt die Reibung des Verschlusselementes im Aufheizrohr weniger als 30 N, bevorzugt zwischen 2 und 20 N und insbesondere zwischen 5 und 10 N.
Die erfindungsgemässe Vorbehandlungsvorrichtung eignet sich für die Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens in einer Giesskammer einer Vertikal- oder Horizontal-Thixoformeinrichtung. Besonders vorteilhaft ist diese Vorbehandlungsvorrichtung jedoch für die Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens in einer horizontal liegenden Giesskammer, da hierbei der Formerhalt mit der erfindungs- gemässen Vorrichtung besonders gut gewährleistet werden kann. Bei einer Hori- zontal-Thixoformeinrichtung liegt die Giesskammer, die den thixotropen Metallbolzen aufnimmt, waagrecht.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemässe Vorrichtung für die Bereitstellung von thixotropen Metallbolzen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Aluminiumbolzen werden dabei ganz besonders bevorzugt in einem Induktionsofen mit einem vertikal liegenden Aufheizraum aufgeheizt. Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Behälter ein zylinderförmiges Aufheizrohr darstellt, der Metallbolzen während dem Aufheizprozess und dem daran anschliessenden Transport in die Giess- kammer stets im Aufheizrohr verbleibt, und das den Metallbolzen enthaltende Aufheizrohr in der Giesskammer derart positioniert wird, dass während dem nachfolgenden Thixoformprozess der Giesskolben der Thixoformeinrichtung den thixotropen Metallbolzen aus dem Aufheizrohr stossen kann.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 13 bis 17 beschrieben. Die für die erfindungsgemässe Vorbehandlungsvorrichtung gemachten Aussagen hinsichtlich besonderer Merkmale und Einzelheiten gelten sinngemäss auch für das erfindungsgemässe Verfah ren.
Das den thixotrope Metallbolzen enthaltende Aufheizrohr wird nach dem Aufheizvorgang und nach allfälligem Abtropfen von während dem Aufheizvorgang aus dem Metallbolzen ausgetretener Metallschmelze durch beispielsweise einen Roboter zur Giesskammer transportiert und in den vorderen, halboffenen Teil der Giesskammer eingelegt. Nach der Vorbehandlung, d.h. zu Beginn des eigentlichen Thixoformpro- zesses, schiebt der Giesskolben den Metallbolzen aus dem Aufheizrohr in einen geschlossenen Teil der Giesskammer; danach wird die thixotrope Metalllegierung durch eine Durchgangsöffnung in Eingusskanäle und danach in die Formkavität eingeleitet. Nach dem Thixoformprozess wird der Giesskolben zurückgezogen, so dass danach ein Greifarm der Transportvorrichtung das Aufheizrohr wieder aus der Giesskammer abholen und der Verwendung für weitere Vorbehandlungsverfahren zuführen kann. Die Rückführung des Aufheizrohres zur Weiterverwendung für weitere Vorbehandlungsverfahren geschieht zweckmässigerweise während der Erstarrungsphase der thixotropen Metallegierung in der Formkavität. Das sich während der Erstarrung der thixotropen Metalllegierung in der Formkavität ausbildende Gussgefüge bestimmt wesentlich die Eigenschaften der Formteile. Die Gefügeausbildung ist gekennzeichnet durch die Phasen, wie Mischkristall und eutektische Phasen, das Gusskorn, wie Globuliten und Dendriten, Seigerungen als auch Gefügefehler wie Porosität (Gasporen, Mikrolunker) und Verunreinigungen, wie beispielsweise Oxide.
Bevorzugt wird nach dem Aufheizprozess, jedoch vor dem Einführen des den thixotropen Metallbolzen enthaltenden Aufheizrohres in die Giesskammer, das während dem Aufheizprozess aus dem Metallbolzen ausgetretene, flüssige Metall wenigstens teilweise aus dem Aufheizrohr entfernt. Der während dem Aufheizprozess aus dem Metallbolzen austretende Flüssigmetall-Anteil beträgt typischerweise weniger als 1 Gew.-% des Bolzenmaterials.
Der Transport des thixotropen Metallbolzens vom Aufheizofen in die Giesskammer mittels einem Roboter dauert typischerweise 5 bis 30 s und bevorzugt 8 bis 15 s. Die Zeitdauer, während der der thixotrope Metallbolzen in der Giesskammer verbleibt, beträgt typischerweise zwischen 3 und 5 s. Diese Zeit wird für das Wegfah- ren eines Roboter-Greif armes aus der Giesskammer und für die elektronische Bereitschaftskontrolle einer Thixoformeinrichtung benötigt.
Das erfindungsgemässe Vorbehandlungsverfahren bringt wesentliche Vorteile, insbesondere: - es führt zu einer wesentlichen Reduktion der Wärmeverluste des thixotropen Metalles während dem Transport vom Aufheizofen zur Giesskammer und in der Giesskammer dank des bis auf die gleiche Temperatur wie der Metallbolzen erwärmten Aufheizrohres;
- durch das Absetzen des Metallbolzens innerhalb des Aufheizrohres in die Giesskammer, insbesondere in die Giesskammer einer Horizontal-Thixoform- einrichtung, eliminiert es den Schock des Falls, was die Beibehaltung der Form und der Homogenität des Metallbolzens gewährleistet;
- es vermeidet die Trennung des Flüssiganteils beim Einlegen des thixotropen Metallbolzens in die Giesskammer, so dass damit verbundene Vorerstarrungen von Flüssigmetall in der Giesskammer vermieden werden;
- es verhindert zu einem wesentlichen Teil die Oxidation der Metallbolzenoberfläche, da der Metallbolzen während des Aufheizvorganges und dem Transport in die Giesskammmer und dessen Aufenthalt in der Giesskammer bis zum Beginn des eigentlichen Thixoformprozesses nicht einer freien Atmosphäre ausgesetzt ist;
- es vermindert das Risiko von Lufteinschlüssen und von Oxiden in der Giesskammer während der Füllphase der Formkavität, da einerseits die Oxidbildung vermindert wird und andererseits durch den Formerhalt des Metallbolzens während der Vorbehandlung auch Lufteinschlüsse durch Bolzenverformungen ver- mieden werden. Die genannten Vorteile haben einen direkten Einfluss auf die Qualität der produzierten Formteile; dadurch wird der Ausschuss verringert.
Die erfindungsgemässe Vorbehandlungsvorrichtung und das erfindungsgemässe Verfahren eignen sich zur Bereitsstellung von thixotropen Metallbolzen in vertikal oder horizontal liegenden Giesskammern. Bevorzugte Verwendungen des erfin- dungsgemässen Verfahrens sind in den Verwendungsansprüchen 18 und 19 beschrieben.
Beispiel:
Für die Verifikation des Erwärmungsprinzips in einem Aufheizrohr wird ein kreis- zylinderförmiger Aluminiumbolzen mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von 200 mm in vertikaler Lage in einem Ofen mit einer Widerstandsheizung auf eine erforderliche Temperatur oberhalb der Solidustemperatur aufgeheizt, wobei die Endtemperatur und das zeitabhängige Temperaturprofil des Aufheiz- ofens derart gewählt werden, dass am Ende des Aufheizprozesses ein thixotroper Metallbolzen mit einem Flüssiganteil von ca. 50 Gew.-% vorliegt. Der Aluminiumbolzen befindet sich während des Aufheizprozesses in einem Aufheizrohr aus Edelstahl mit einer Wanddicke von 5 mm. Das Aufheizrohr und somit auch der Metallbolzen liegen am unteren Ende auf einer Wärmeisolationsplatte auf. Am oberen Ende des Aufheizrohres ragt dessen kreisförmige Oberkante etwa 5 mm über den oberen Bolzenrand vor. Das obere Ende des Aufheizrohres ist nicht verschlossen, so dass die Längenänderung mittels einem Laser-Interferometer während dem ganzen Aufheizprozess gemessen werden kann.
Die Bolzentemperatur wird mittels parallel zur Bolzen-Längsachse liegenden Thermoelementen während dem Aufheizprozess kontinuierlich erfasst, wobei - bezüglich der konzentrischen Längsachse des Aluminiumbolzens - ein erstes Thermo- element zur Messung der Randtemperatur T0 im Randbereich des Aluminiumbolzens eingeführt ist, ein zweites Thermoelement zur Messung der Temperatur Ti in der Mitte zwischen Bolzenmitte und Bolzenrand positioniert wird und ein drittes Thermoelement zur Messung der Temperatur T2 ungefähr 5 mm von der Bolzenmitte entfernt angeordnet ist. Die Thermoelemente werden ca. 50 mm tief in den Bolzen gesteckt. Die mit den genannten drei Thermoelementen gemessenen, zeitabhängigen Temperaturprofile T0(t), T^t) und T2(t) sind in Fig. 3 dargestellt und zeigen - innerhalb einer Messgenauigkeit von ± 1 % - im Wesentlichen alle denselben Temperaturverlauf.
Die während des in Fig. 3 dargestellten Aufheizprofiles gemessene Längenände- rung des Metallbolzens ist in Fig. 4 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass sich der Aluminiumbolzen bis zum Erreichen der Solidustemperatur in Längsrichtung um ca. 1.5 mm ausdehnt, wobei oberhalb der Solidustemperatur die thermische Längenausdehnung stark zunimmt.
Zur Untersuchung der Formstabilität des thixotropen Bolzens wird ein Aluminiumbolzen erfindungsgemäss in senkrechter Lage aufgeheizt bis der thixotrope Bolzen einen Flüssiganteil von ca. 50 Gew.-% aufweist, dann aus dem Ofen genommen, in eine horizontale Lage überführt und aus dem Aufheizrohr ausgestossen. Die Prüfung der geometrischen Gestalt des thixotropen Aluminiumbolzens zeigt, dass die Formstabilität gegeben ist, d.h. der thixotrope Aluminiumbolzen hat im Wesentlichen - abgesehen der thermischen Ausdehnung - dieselbe Gestalt wie der ursprüngliche Aluminiumbolzen.
Im Weiteren wird festgestellt, dass während dem Aufheizprozess nur sehr wenig flüssiges Metall aus dem Metallbolzen austritt. Zudem behält der thixotrope Bolzen seine glatte Oberfläche auch während dem Aufheizprozess. Oxidationsspuren können an der Oberfläche keine beobachtet werden. Die Prüfung der Flüssigmetall-Verteilung mittels einem Schneidtest zeigt weiter, dass die Homogenität des thixotropen Zustandes ebenfalls sehr gut erfüllt ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren 1 bis 4, sowie anhand der Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt schematisch die zeitliche Abfolge der wesentlichen Verfahrensschritte für die Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens in der Giesskammer einer Horizontal-Thixoformeinrichtung, wobei der Metallbolzen in einer Horizontallage in den thixotropen Zustand überführt wird;
Fig. 2 zeigt schematisch die zeitliche Abfolge der wesentlichen Verfahrensschritte für die Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens in der Giesskammer einer Horizontal-Thixoformeinrichtung, wobei die Aufheizung des Metallbolzens in einer vertikalen Lage geschieht; Fig. 3 zeigt beispielhaft eine typische Aufheizkurve;
Fig. 4 zeigt beispielhaft eine typische temperaturabhängige Deformationskurve eines Metallbolzens während eines erfindungsgemässen Aufheizvorganges.
Die Zeichnungen a) bis c) von Fig. 1 zeigen jeweils einen vertikalen Längsschnitt entlang der konzentrischen Längsachse £ eines Metallbolzens 10, resp. durch die Vorrichtungselemente 14, 20, 30, in denen sich der Metallbolzen 10 während der Vorbehandlung befindet, wobei der Aufheizvorgang des Metallbolzens 10 in einer horizontalen Lage geschieht.
Fig. 1 a) zeigt das Laden eines in einem festen Aggregatzustand befindlichen Metallbolzens 10 in ein horizontal liegendes Aufheizrohr 14. Das Aufheizrohr 14 wird mit stopfenförmigen Verschlusselementen 16, 18 verschlossen, wobei die Verschlusselemente 16, 18 einerseits an den Stirnseiten 15 des Aufheizrohres 14 anliegen und andererseits mit dem Metallbolzen 10 bündig schliessen, d.h. die Verschlusselemente 16, 18 liegen innerhalb des Aufheizrohres 14 an den Stirnseiten 12 des Metallbolzens 10 an.
Das den Metallbolzen 10 enthaltende und mit den Verschlusselementen 16, 18 verschlossene Aufheizrohr 14 wird waagrecht in den Aufheizraum 21 eines Induktionsofens 20 eingeschoben. Dabei befindet sich das Aufheizrohr 14 in der Mitte des von Induktionsspulen 22 umschlossenen Aufheizraumes 21 , d.h. die konzentri- sehe Längsachse des Aufheizraumes 21 und die konzentrische Längsachse £ des Metallbolzens 10 fallen zusammen. Während des Aufheizvorganges dehnt sich der Metalibolzen anfänglich in allen Richtungen aus. Wenn der Metallbolzen seine Solidustemperatur Tsoüdus erreicht, stösst der Metallbolzen 10 am Aufheizrohr 14 an, so dass sich der Metallbolzen 10 radial im Wesentlichen nicht mehr weiter aus- dehnt, d.h. die weitere radiale Ausdehnung des Metallbolzens 10 ist auf die üblicherweise sehr geringe radiale Ausdehnung des Aufheizrohres 14 beschränkt. Demnach ist die weitere thermische Ausdehnung des Metallbolzens 10 nach Erreichen der Solidustemperatur TSOiidus im Wesentlichen nur in Richtung seiner konzentrischen Längsachse £ möglich, wobei die Verschlusselemente 16, 18 entspre- chend der thermischen Ausdehnung des Metallbolzens 10 voneinander weggeschoben werden, so dass die stopfenförmigen Verschlusselemente 16, 18 nicht mehr an den Stirnseiten 15 des Aufheizrohres 14 anliegen. Fig. 1 b) zeigt das Entladen des Induktionsofens 20, d.h. das Herausführen des den thixotropen Metallbolzen 10 enthaltenden Aufheizrohres 14 aus dem Aufheizraum 21 des Induktionsofens 20. Die Verschlusselemente 16, 18 werden nach dem Entladen des Induktionsofens 20 vom Aufheizrohr 14 getrennt. Im Weiteren wird die während dem Aufheizvorgang aus dem Metallbolzen 10 ausgetretene, flüssige Metallschmelze 24 aus dem Aufheizrohr 14 entfernt, indem man das flüssige Metall 24 aus dem Aufheizrohr 14 abtropften lässt, wobei das flüssige Metall beispielsweise in einer Auffangschale (nicht eingezeichnet) aufgefangen wird.
Fig. 1 c) zeigt das in eine Giesskammer 30 einer Horizontal-Thixoformeinrichtung eingeführte Aufheizrohr 14. Dabei ist das Aufheizrohr 14 derart im Giesskammer- hohlraum 32 der Giesskammer 30 positioniert, dass während dem nachfolgenden Thixoformprozess der Giesskolben 34 den thixotropen Metallbolzen 10 aus dem Aufheizrohr 14 stossen kann, so dass die thixotrope Metalllegierung anschliessend durch die Durchgangsöffnung 36 in die Eingusskanäle (nicht eingezeichnet) und dann in die Formkavität (nicht eingezeichnet) eingeleitet werden kann. Die Giesskammer 30 weist eine Aussparung für die Aufnahme des Aufheizrohres auf. Diese Aussparung dient einerseits für die Zentrierung des Aufheizrohres 14 und anderer- seits als Anschlag für das Festlegen des Aufheizrohres 14 während dem Heraus- stossen des thixotropen Metallbolzens 10 zu Beginn des Thixoformprozesses.
Die Zeichnungen a) bis e) von Fig. 2 zeigen jeweils einen vertikalen Längsschnitt entlang der konzentrischen Längsachse £ eines Metallbolzens 10, resp. durch die Vorrichtungselemente 14, 20, 30, in denen sich der Metallbolzen 10 während der Vorbehandlung befindet, wobei der Aufheizvorgang des Metallbolzens 10 in einer vertikalen Bolzen-Lage geschieht.
Fig. 2 a) zeigt das Einführen eines in einem senkrechten Aufheizrohr 14 befindli- chen Metallbolzens 10 in einen vertikal liegenden, zylinderförmigen Aufheizraum 21 eines Induktionsofens 20. Das Aufheizrohr 14 ist am unteren Rohrende, d.h. an der unteren Stirnseite 15 des Aufheizrohres 14, mit einem stopfenförmigen Verschlusselement 16 verschlossen. Das Verschlusselement liegt auf einer Tischplatte 26 auf. Das Einführen des den Metallbolzen 10 enthaltenden Aufheizrohres 14 in den In- duktionsofen 20 geschieht durch senkrechtes Aufsetzen des Aufheizrohres 14 auf die Tischplatte 26, wobei das Verschlusselement 16 auf die Tischplatte 26 zu liegen kommt, und durch Heben der Tischplatte 26 bis das Aufheizrohr 14 vollständig in den Aufheizraum 21 des Induktionsofens 20 zu liegen kommt. Das Aufheizrohr 14 befindet sich mittig im durch die Induktionsspulen 22 begrenzten Aufheizraum 21 , d.h. die konzentrische Längsachse des Aufheizraumes 21 fällt mit der konzentrischen Längsachse £ des Metallbolzens 10 zusammen.
Während des Aufheizvorganges dehnt sich der Metallbolzen anfänglich in radialer wie auch in senkrechter Richtung aus. Wenn der Metallbolzen seine Solidustemperatur Tsoii us erreicht, stösst der Metallbolzen 10 in radialer Richtung am Aufheizrohr 14 an, so dass sich der Metallbolzen 10 radial im Wesentlichen nicht mehr weiter ausdehnt, d.h. die weitere radiale Ausdehnung des Metallbolzens 10 ist auf die üblicherweise sehr geringe radiale Ausdehnung des Aufheizrohres 14 beschränkt. Demnach ist die weitere thermische Ausdehnung des Metallbolzens 10 nach Erreichen der Solidustemperatur TSOιidus i Wesentlichen nur in senkrechter Richtung, parallel zu seiner konzentrischen Längsachse £ möglich. Das obere Rohrende 15 des Aufheizrohres 14 ist offen, so dass sich der Metallbolzen 10 ungehindert nach oben thermisch ausdehnen kann.
Fig. 2 b) zeigt den Induktionsofen 20, nachdem das Aufheizrohr 14 mit dem thixotropen Metallbolzen 10 aus dem Aufheizraum 21 herausgeführt ist. Das Her- ausführen des thixotropen Metallbolzens geschieht hierbei durch Absenkung der Tischplatte 26.
Fig, 2 c) zeigt das in senkrechter Richtung aus dem Ofen herausgeführte, den thixotropen Metallbolzen 10 enthaltende, senkrecht auf der Tischplatte 26 festge- legte Aufheizrohr 14, welches zudem noch mit dem stopfenförmigen Verschlusselement 16 dicht verschlossen ist.
Fig. 2 d) zeigt das von der Tischplatte 26 und dem Verschlusselement 16 getrennte, den thixotropen Metallbolzen 10 enthaltende Aufheizrohr 14 in horizontaler Lage. Zweckmässigerweise geschieht die Trennung des Aufheizrohres 14 vom Verschlusselement 16 und die Überführung des Aufheizrohres in eine horizontale Lage mittels einem Roboter. Dabei ist die vom Roboterarm für das Abheben des Aufheizrohres 14 von der Tischplatte 26 und dem Verschlusselement 16 aufzu- wendene Kraft gering.
Das Verschlusselement 16 verschliesst das Aufheizrohr 14 formschlüssig und dicht. Die Dichtheit wird jedoch nur zur Vermeidung des Ausfliessens von flüssigem Metall gefordert, so dass aufgrund der Oberflächenspannung des flüssigen Metalls das Verschlusselement 16 im Wesentlichen nur formschlüssig in das Aufheizrohr 14 greifen muss und daher keine hohe Reibung zwischen Aufheizrohr 14 und Verschlusselement 16 erforderlich ist.
Der thixotrope Metallbolzen ist derart im Aufheizrohr eingeklemmt, d.h. dessen Adhäsion ist so gross, dass das Aufheizrohr in vertikaler Richtung vom Verschlusselement abgehoben werden kann, ohne dass der thixotrope Metallbolzen 10 aus dem Aufheizrohr 14 fällt. Das vertikale Abheben des Aufheizrohres 14 vom auf der Tischplatte 26 festgelegten Verschlusselement 16 erlaubt zudem das Abtropfen des sich während dem Aufheizvorgang gebildeten flüssigen Metalles 24 ausserhalb des Aufheizofens 20.
Fig. 2 e) zeigt das in eine Giesskammer 30 einer Horizontal-Thixoformeinrichtung eingeführte Aufheizrohr 14. Dabei ist das Aufheizrohr 14 derart im Giesskammer- hohlraum 32 der Giesskammer 30 positioniert, dass während dem nachfolgenden Thixoformprozess der Giesskolben 34 den thixotropen Metallbolzen 10 aus dem Aufheizrohr 14 stossen kann, so dass die thixotrope Metalllegierung anschliessend durch die Durchgangsöffnung 36 in die Eingusskanäle (nicht eingezeichnet) und dann in die Formkavität (nicht eingezeichnet) eingeleitet werden kann. Die Giesskammer 30 weist eine Aussparung für die Aufnahme des Aufheizrohres auf. Diese Aussparung dient einerseits zur Zentrierung des Aufheizrohres 14 und andererseits als Anschlag für das Festlegen des Aufheizrohres 14 während dem Herausstossen des thixotropen Metallbolzens 10 zu Beginn des Thixoformprozesses.
Das Einlegen des thixotropen Metallbolzens 10 in den Giesskammerhohlraum 32 der Giesskammer 30 geschieht zweckmässigerweise mittels einem Roboter. Das Einlegen des thixotropen Metallbolzens hat dabei so sanft zu erfolgen, dass der Formerhalt des Bolzens 10 nach dem Einlegen in die Giesskammer 30 gewähr- leistet ist.
Fig. 3 zeigt eine typische Aufheizkurve bis zur Erreichung der Solidustemperatur Tsoiidus eines in einem erfindungsgemässen Aufheizrohr 14 befindlichen Aluminiumbolzens 10 in einem Widerstandsofen. Die Aufheizkurve betrifft einen in einem Aufheizrohr 14 aus Edelstahl befindlichen, kreiszylinderförmigen Aluminiumbolzen 10 mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Länge von 200 mm in vertikaler Lage, wobei das Aufheizrohr 14 eine Wanddicke von 5 mm aufweist und die untere Stirnseite 12 des Aluminiumbolzens 10 auf einer Wärmeisolationsplatte 26 direkt aufliegt, d.h. die untere Simseite 12 des Aluminiumbolzens 10 und die untere Stirnseite 15 des Aufheizrohres 14 liegen in derselben Ebene.
Die Aufheizkurve, d.h. die zeitabhängige Bolzentemperatur, wird mittels parallel zur Bolzen-Längsachse £ liegenden Thermoelementen während dem Aufheizprozess kontinuierlich erfasst, wobei - bezüglich der konzentrischen Längsachse £ des Aluminiumbolzens 10 - ein erstes Thermoelement zur Messung der Randtemperatur T0(t) im Randbereich des Aluminiumbolzens 10 eingeführt ist, ein zweites Thermoelement zur Messung der Temperatur Tι(t) in der Mitte zwischen Bolzenmitte und Bolzenrand positioniert wird und ein drittes Thermoelement zur Messung der Temperatur T2(t) ungefähr 5 mm von der Bolzenmitte entfernt angeordnet ist. Die Thermoelemente werden ca. 50 mm tief in den Bolzen 10 gesteckt. Die mit den genannten drei Thermoelementen gemessenen, zeitabhängigen Temperaturprofile To(t), Tι(t) und T2(t) sind in Fig. 3 dargestellt und zeigen - innerhalb einer Messgenauigkeit von ± 1 % - im Wesentlichen alle denselben Temperaturverlauf.
Fig. 4 zeigt beispielhaft eine typische temperaturabhängige Deformationskurve während des in Fig. 3 durch die Aufheizkurve dargestellten, erfindungsgemässen Aufheizvorganges eines Aluminiumbolzens 10. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass sich der Aluminiumbolzen 10 bis zum Erreichen der Solidustemperatur TSOiidus bei ca. 560°C in Längsrichtung im Wesentlichen linear temperaturabhängig um ca. 1.5 mm ausdehnt, wobei oberhalb der Solidustemperatur die thermische Längenausdeh- nung ΔL(T) sprunghaft zunimmt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorbehandlungsvorrichtung zur Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens (10) in einer Giesskammer (30) einer Thixoformeinrichtung, enthaltend einen Behälter für die Aufnahme eines Metallbolzens (10), einen Ofen (20) zur
Überführung des im Behälter befindlichen Metallbolzens (10) in einen teilflüssigen, thixotropen Zustand, sowie eine Transportvorrichtung für das Transportieren und Einführen des thixotropen Metallbolzens (10) in die Giesskammer (30), dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter ein zylinderförmiges, seitlich verschliessbares Aufheizrohr (14) darstellt, und die Vorbehandlungsvorrichtung dergestalt ausgebildet ist, dass der Metallbolzen (10) während der ganzen Vorbehandlung, nämlich dem Aufheizprozess im Ofen (20) und dem Transport in die Giesskammer (30) und dem Verweilen in der Giesskammer (30) bis zum Beginn des Thixoformpro- zesses, im Aufheizrohr (14) verbleiben kann.
2. Vorbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser C/R des Aufheizrohres (14) in Abhängigkeit des Bolzen- durchmessers dB derart gewählt ist, dass der Metallbolzen (10) bei seiner
Solidustemperatur TSOιidus im Wesentlichen denselben Durchmesser dB wie der Innendurchmesser C R des Aufheizrohres (14) aufweist.
3. Vorbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass das Aufheizrohr (14) aus Metall, vorzugsweise aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl oder Werkzeugstahl, besteht.
4. Vorbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizrohr (14) aus keramischem Material besteht.
5. Vorbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer während dem Aufheizprozess im Wesentlichen horizontalen Lage des Metallbolzens (10) das Aufheizrohr (14) beidseits durch Verschlusselemente (16, 18) dicht verschlossen ist, wobei die Ver- Schlusselemente (16, 18) bezüglich Materialwahl und Form derart ausgebildet sind, dass deren Reibungseigenschaften im Aufheizrohr (14) einerseits eine durch die thermische Ausdehnung des Metallbolzens (10) während dem Aufheizprozess bedingte Verschiebung in Richtung der Längsachse £ des Aufheizrohres (14) erlauben und andererseits eine Verschiebung durch den vom Metallbolzen (10) auf die Verschlusselemente (16, 18) ausgeübten Druck nach Erreichen der für den gewünschten thixotropen Zustand erforderlichen Temperatur vermieden wird.
6. Vorbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer während dem Aufheizprozess im Wesentlichen senkrechten Metallbolzen-Lage das Aufheizrohr (14) einseitig, am unteren Rohrende (15) verschlossen ist, wobei bei Verwendung eines Verschlusselementes (16) das Verschlusselement (16) bezüglich Materiaiwahl und Form derart ausgebildet ist, dass einerseits während dem Aufheizprozess im Ofen (20) kein flüssiges Metall (24) aus dem Aufheizrohr (14) austreten kann und andererseits die Reibung des Verschlusselementes (16) im Aufheizrohr (14) weniger als 10 N beträgt.
7. Vorbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich- net, dass die Verschlusselemente (16, 18) aus keramischem Material bestehen.
8. Vorbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofen (20) ein Induktionsofen ist.
9. Vorbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung einen Roboter darstellt, wobei die Klemmvorrichtung des Roboters zur Halterung des Aufheizrohres wenigstens an der gegen das Aufheizrohr gerichteten Oberfläche aus keramischem Material besteht.
10. Verwendung der Vorbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens (10) in einer Giesskammer (30) einer Horizontal-Thixoformeinrichtung.
11. Verwendung der Vorbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens (10) aus einer Aluminiumlegierung.
12. Verfahren zur Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens (10) in eine Giesskammer (30) einer Thixoformeinrichtung, wobei ein Metallbolzen (10) in einem festen Aggregatzustand in einen Behälter gegeben und der im Behälter befindliche Metallbolzen (10) in einem Ofen (20) solange aufgeheizt wird, bis sich der Metallbolzen (10) in einem thixotropen Zustand befindet, und der thixotrope Metallbolzen (10) mit Hilfe einer Transportvorrichtung in die Giesskammer (30) einer Thixoformeinrichtung eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter ein zylinderförmiges Aufheizrohr (14) darstellt, der Metallbolzen (10) während dem Aufheizprozess und dem daran anschliessenden Transport in die Giesskammer (30) stets im Aufheizrohr (14) verbleibt, und das den
Metallbolzen (10) enthaltende Aufheizrohr (14) in der Giesskammer (30) derart positioniert wird, dass während dem nachfolgenden Thixoformprozess der Giesskolben (34) der Thixoformeinrichtung den thixotropen Metallbolzen (10) aus dem Aufheizrohr (14) stossen kann.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser dR des Aufheizrohres (14) in Abhängigkeit des Bolzendurchmessers dB derart gewählt wird, dass bei Raumtemperatur der Innendurchmesser dR grösser ist als der Bolzendurchmessers dB und bei der Solidus- temperatur TSOιidus des Metallbolzens (10) der Bolzendurchmessers dB im
Wesentlichen dem Innendurchmesser C/R des Aufheizrohres (14) entspricht.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufheizprozess, jedoch vor dem Einführen des den thixotropen Metall- bolzen (10) enthaltenden Aufheizrohres (14) in die Giesskammer (30), das während dem Aufheizprozess aus dem Metallbolzen (10) ausgetretene, flüssige Metall (24) wenigstens teilweise aus dem Aufheizrohr (14) entfernt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizrohr (14) während dem Aufheizprozess des Metallbolzens
(10) wenigstens einseitig verschlossen wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein einends am unteren Rohrende (15) mit einem Verschlusselement (16) dicht verschlossenes, den Metallbolzen (10) enthaltendes Aufheizrohr 5 (14) in vertikaler Position senkrecht auf eine Tischplatte (26) gegeben wird, vorzugsweise auf eine Tischplatte (26) aus keramischem Material, und die Tischplatte (26) in vertikaler Richtung, vorzugsweise von unten, in den Ofen (20) eingeführt und das den Metallbolzen (10) enthaltende Aufheizrohr (14) solange aufgeheizt wird, bis der Metallbolzen (10) sich in einem thixotropen 10 Zustand befindet, und nachfolgend das den thixotropen Metallbolzen (10) enthaltende Aufheizrohr (14) in vertikaler Richtung, vorzugsweise durch eine Absenkung der Tischplatte (26), aus dem Ofen (20) herausgeführt und vom Verschlusselement (16) getrennt wird.
15 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das den Metallbolzen (10) enthaltende Aufheizrohr (14) beidseitig mit je einem in Richtung der konzentrischen Längsachse £ des Aufheizrohres (14) verschiebbaren Verschlusselement (16, 18) mit zwischen dem Aufheizrohr (14) und dem Verschlusselement (16, 18) vorgegebenen Reibungseigen-
20 schaffen dicht verschlossen und in einer im Wesentlichen horizontalen Lage in den Ofen (20) eingeführt wird, wobei während dem Aufheizprozess die beiden Verschlusselemente (16, 18) infolge der thermischem Ausdehnung des Bolzenmaterials (10) voneinander weggeschoben und nach Erreichen des thixotropen Zustandes die Verschlusselemente (16, 18) infolge Reibung
25 in ihrer Position gehalten werden, und nach dem Herausführen des den Metallbolzen (10) enthaltenden Aufheizrohres (14) aus dem Ofen (20) die beiden Verschlusselemente (16, 18) vom Aufheizrohr (14) entfernt werden.
18. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 17 zur Bereit- 30 Stellung eines thixotropen Metallbolzens (10) in einer Horizontal-Thixoformein- richtung.
19. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 17 zur Bereitstellung eines thixotropen Metallbolzens (10) aus einer Aluminiumlegierung.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4575753B2 (ja) * 2004-11-17 2010-11-04 トヨタ自動車株式会社 誘導加熱方法
JP4780296B2 (ja) * 2005-10-03 2011-09-28 トヨタ自動車株式会社 半溶融成形装置
WO2013154581A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 Crucible Intellectual Property Llc Material containing vessels for melting material
DE102014003126A1 (de) * 2014-03-03 2015-09-03 Clariant International Ltd. Heizvorrichtung zur Herstellung von Kohlenstofffasern
EP3613520B1 (de) * 2018-08-21 2021-09-29 GF Casting Solutions AG Verfahren und vorrichtung zum vergiessen von metallen unter druck im kaltkammer
DE102020113633B3 (de) * 2020-05-20 2021-05-20 Universität Kassel Druckgießzelle und Druckgussverfahren
CN117109291B (zh) * 2023-08-11 2025-12-05 安徽吉厚智能科技有限公司 铸棒加热一体式装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1260684B (it) * 1993-09-29 1996-04-22 Weber Srl Metodo ed impianto per la pressocolata in semiliquido di componenti ad alte prestazioni meccaniche a partire da masselli reocolati.
CH691354A5 (de) * 1994-11-22 2001-07-13 Alusuisse Tech & Man Ag Aufnahmevorrichtung für Bolzen.
JPH08300126A (ja) * 1995-04-28 1996-11-19 Honda Motor Co Ltd チクソキャスティング用鋳造装置
CA2220357A1 (en) * 1996-11-08 1998-05-08 Ube Industries, Ltd. Method of shaping semisolid metals
US5878804A (en) * 1997-01-29 1999-03-09 Williams International Co. L.L.C. Multiproperty metal forming process

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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