EP1281459A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Thixospritzgiessen zur Herstellung von Metallteilen - Google Patents

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EP1281459A2
EP1281459A2 EP02012651A EP02012651A EP1281459A2 EP 1281459 A2 EP1281459 A2 EP 1281459A2 EP 02012651 A EP02012651 A EP 02012651A EP 02012651 A EP02012651 A EP 02012651A EP 1281459 A2 EP1281459 A2 EP 1281459A2
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EP
European Patent Office
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metallic materials
different composition
alloy
screw extruder
storage zone
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EP02012651A
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EP1281459B1 (de
EP1281459A3 (de
Inventor
Peter Hutmann
Katrin Dr. Ludwig
Robert Professor Dr. Singer
Mark Hartmann
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Bayerische Motoren Werke AG
Neue Materialien Fuerth GmbH
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Neue Materialien Fuerth GmbH
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Publication date
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Publication of EP1281459A3 publication Critical patent/EP1281459A3/de
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to the use of the thixotropic injection molding process for the production of metallic parts with improved properties and an apparatus for manufacturing such parts.
  • alloys in particular aluminum or magnesium alloys in an inert atmosphere fed to a screw extruder, the alloy under Heating and shearing to a temperature between the solidus temperature and the liquidus temperature in a thixotropic State of the screw is fed to a storage zone, off which she is ejected with the screw over the nozzle.
  • particulate metallic material in one Screw extruder while maintaining a temperature range between solidus and liquidus temperature and shear into a thixotropic state and from a storage zone to eject via a nozzle.
  • a particulate metallic Material can be two metallic materials be supplied to different composition, namely pure metals such as Al, Zn and Mg, or metal alloys such as AlZn as master alloy to a magnesium alloy.
  • pure metals such as Al, Zn and Mg
  • metal alloys such as AlZn as master alloy to a magnesium alloy.
  • pages 458 to 461 is the production of materials by mixing two semi-liquid alloys in known to a vessel.
  • the object of the invention is to improve the properties of Thixos injection molded metal parts to improve.
  • any components with graded alloy composition or composite materials, in particular coatings are produced.
  • the component can be a tough core of one Alloy and a hard wear-resistant surface from the have other alloy, so z.
  • B. a cylinder liner with a hard wear-resistant inner tread or a Rolling bearing ring with hard wear-resistant tread.
  • a plain bearing with a sliding surface be made of a soft alloy and with a Support structure of high strength.
  • the two metallic materials different Composition can be two different alloys or an alloy and a non-alloyed (pure) metal.
  • the both materials of different composition also be two unalloyed metals. If a mutual Solubility is excluded, forms the melting temperature of the lower melting metal the solidus temperature and the melting temperature of the higher melting metal the Liquidus temperature of the phase mixture.
  • the particulate metal alloys or the particulate metal is z. B. as granules or powder in front.
  • each metal alloy or each Metal used.
  • metal alloys with a low solidus and Liquidus temperature or pure metals with low Melting point preferred, the iron alloys do not attack.
  • alloys for example, magnesium, aluminum, Copper and zinc alloys and as pure metals for example, magnesium, aluminum, copper and zinc used.
  • the metallic materials of different composition be in an inert atmosphere the screw extruder supplied via at least one material feed opening, and the Material is heated and sheared to a temperature between the solidus temperature and the liquidus temperature heated and in the thixotropic state with the snail one Supplied from the storage zone, from which it is with the screw through the Nozzle or the like is ejected.
  • the snail is usually for ejection in the axial direction back and forth educated.
  • the particulate materials of different composition can first be mixed and then as a mixture the screw extruder be supplied. If the materials are different Composition alloys are, these are heated in the screw extruder to a temperature above the solidus and below the liquidus temperature of the Alloys lies. It should be noted that in the process z. By diffusion, convection and mixing changes the composition are possible.
  • magnesium is used as the base material, it can be used according to the invention without the existing in the melt metallurgy Limitations can be used as alloying elements: Alkali and alkaline earth metals, eg. As potassium, beryllium and Calcium, Group 2B elements of the Periodic Table, such as Zinc, Group 3, such as boron, Group 3A, such as yttrium, or the lanthanides, such as cerium, of group 4, such as silicon, the Group 4A, such as titanium, zirconium or hafnium, Group 5A, such as Vanadium, group 6A, such as chromium or molybdenum, as well as ferrous metals, especially iron.
  • Alkali and alkaline earth metals eg. As potassium, beryllium and Calcium
  • the alloy or Pure metal granules or powder to the screw extruder as well be supplied separately.
  • This can be a screw extruder be provided, each having a Materialzu 1500ö réelle for at least two materials of different composition having.
  • the Materialzu 1500ö réelleen can be axially offset be arranged, the alloy with the lower solidus temperature or the metal with the low melting point the worm can be fed at a location that the storage zone is closer than the location where the alloy is with the higher solidus temperature or the metal with is supplied to the higher melting point.
  • the material feed openings are in the same axial region at the material input end the snail, to the highest possible mixing and shearing to reach through the snail.
  • the at least two metallic materials of different composition can be converted via a respective screw extruder into the thixotropic state and ejected via a common nozzle.
  • the two screw extruders may have a common storage zone in which the semi-solid thixotropic metallic materials are mixed, which are formed in the respective screw extruder.
  • at least the screw of one of the screw extruders can be designed to be displaceable back and forth.
  • the amount of the respective metallic materials of different composition which are fed to one or, if several screw extruders are used, to each screw extruder can be controlled.
  • a metering device upstream for example a slider which is located between the feed opening in the extruder housing and a funnel for receiving the respective particulate metallic material can be provided.
  • a device with at least two screw extruders can be used, according to the inventive method also a coextrusion of at least two metallic materials different composition are performed.
  • each of the screw extruder a storage zone have, in which the respective metallic material in the thixotropic state accumulates.
  • the thixotropic materials can be moved back and forth from the storage zones Screws ejected through the nozzle or the injection mold become. The ejection can take place simultaneously, ie by coextrusion, but also alternately and / or with different Ratios of the materials used.
  • a device with at least two screw extruders can the screw extruder in the same way as in the Coextrusion of plastics, ie in tandem, for example, V-shaped to each other.
  • the nozzle may have a nozzle opening or a plurality of nozzle openings, for example, two coaxial annular openings, z. B. for producing a tube of two coaxial Layers of two metallic materials different Composition.
  • the inventive method can be any metal parts be prepared, e.g. Semi-finished products, such as profiles, tubes, Rods or plates or downstream of one of the nozzle Injection mold any molded parts can be obtained.
  • Semi-finished products such as profiles, tubes, Rods or plates or downstream of one of the nozzle Injection mold any molded parts can be obtained.
  • the Thixospritzg tellvoretti consists essentially from an extruder E with a housing 1, in the a screw 2 rotates. At one end of the screw 2 has the housing, as shown in Figure 2, in the same Axial Society two material feed openings 3 and 4, over each one alloy A and B as granules of a Funnels 5 and 6 are supplied. Between the funnels 5 and 6 and the feed ports 3, 4 is a slide 7, 8 for Metering of the screw 2 supplied alloy A and B provided.
  • integrated heater e.g., heater bands
  • the worm promoted alloys A and B on a Temperature between its solidus and liquidus temperature, in an inert atmosphere.
  • a nozzle 9 is provided at the end facing away from the Materialzuzhouö réelleen 3, 4 end of the housing 1, a nozzle 9 is provided. Between the Worm 2 and the nozzle 9 is the storage zone 11th That to a temperature between their solidus and liquidus temperature heated alloys A, B are from the Snail 2 in a semi-solid thixotropic state in the Storage zone 11 promoted.
  • the screw 2 is corresponding the arrow 12 back and forth movable to the semi-solid thixotropic material from the storage zone 11 through the Eject nozzle 9.
  • the supply of the alloys A, B can with the sliders 7, 8 z. B. be controlled so that the screw 2 initially only the alloy A is supplied, so that the nozzle 5 facing first area 13 in the storage zone 11 only from the Alloy A exists. If both slides 7, 8 then half open can, the middle or second area 14 z. B. consist of 50% of alloy A and 50% of alloy B, whereupon the slider 8 is closed so that the third, the worm 2 facing region 15 in the storage zone 11th again consists only of the alloy A.
  • the rod 11 may be formed by forging into that shown in FIG Component 17, for example, a piston rod transferred become.
  • a particularly wear-resistant Alloy A and a particularly tough mixture of alloys A and B thus becomes in the area of the eyes 17a and 17b get a high wear resistance range of the component and in the middle 17c between the two eyes a tougher, ductile area.
  • the Thixospritzg tellvortechnisch of Figure 5 has two screw extruder E1 and E2, which are arranged V-shaped to each other are.
  • Each screw extruder E1, E2 has one according to Arrows 21, 22 reciprocating worm 23, 24 and a storage zone 26, 27 between the injection mold 25 with the nozzle and each screw 23, 24.
  • the extruder E1 is e.g. the alloy A via the feed opening 3, and the extruder E2 e.g. the alloy B via the feed opening 4.
  • the storage zone 26 is the Alloy A supplied in thixotropic form, and the storage zone 27 the alloy B.
  • the nozzle 25 has a T-shaped profile. Between Storage zones 26, 27, a deflection 28 is provided, the the alloy A in the storage zone 26 to that of the vertical T-leg facing away from the crossbar of the T deflects, so that according to Figure 6, a T-shaped profile injection molded that is in the opposite of vertical T-beams Range consists of a mixture of alloys A and B, and otherwise from the alloy A.
  • the Thixospritzg smart rosettes beautiful invention can also be a Injection mold, to the two or more extruder screws are connected, such that in the injection mold Slider or the like shut-off provided are.
  • the injection mold can thus z. B. about the first Extruder screw or nozzle, the alloy A sprayed first and then after opening the slider in the tool over the second one Nozzle, the alloy B. That is, the inventive method can be similar to the 2-component injection molding of plastics be performed.

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Abstract

Verwendung des Thixospritzgiebßverfahrens, bei dem wenigstens zwei teilchenförmige metallische Materialien (A,B) unterschiedlicher Zusammensetzung in einem Schneckenextruder (E,E1,E2) durch Erwärmung auf eine Temperatur zwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur und Scherung in den thixotropen Zustand übergeführt und aus einer Speicherzone (11,26,27) über eine Düse (9,25) ausgestoßen werden, zur Herstellung von Teilen mit gradierter Legierungszusammensetzung. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung des Thixospritzgießverfahrens zur Herstellung von metallischen Teilen mit verbesserter Eigenschaften und eine Vorrichtung zur Herstellung solcher Teile.
Beim Thixospritzgießen werden Legierungen, insbesondere Aluminium- oder Magnesiumlegierungen in einer inerten Atmosphäre einem Schneckenextruder zugeführt, wobei die Legierung unter Erwärmung und Scherung auf eine Temperatur zwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur in einem thixotropen Zustand der Schnecke einer Speicherzone zugeführt wird, aus der sie mit der Schnecke über die Düse ausgestoßen wird.
Um die mechanischen Eigenschaften des Spritzgussteiles zu verbessern, ist es aus EP 0 409 966 B1 bekannt, der Legierung Hartstoffverstärkungsfasern aus Silizium- oder Borcarbid zuzusetzen oder durch Aluminiumoxid die Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Da sich die Hartstoffverstärkungspartikel von der Matrix lösen können, ist ihr Verstärkungseffekt begrenzt.
Aus DE 199 07 118 C1 ist es bereits bekannt, beim Thixospritzgießen teilchenförmiges metallisches Material in einem Schneckenextruder unter Einhaltung eines Temperaturbereichs zwischen Solidus- und Liquidustemperatur und Scherung in einen thixotropen Zustand überzuführen und aus einer Speicherzone über eine Düse auszustoßen. Als teilchenförmiges metallisches Material können dabei zwei metallische Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung zugeführt werden, und zwar reine Metalle wie Al, Zn und Mg, oder Metalllegierungen wie AlZn als Vorlegierung zu einer Magnesiumlegierung. Aus "Metall", 1998, Seiten 458 bis 461 ist die Herstellung von Werkstoffen durch Mischen von zwei teilflüssigen Legierungen in einem Gefäß bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Eigenschaften von durch Thixospritzgießen hergestellten Metallteilen zu verbessern.
Dies wird erfindungsgemäß durch die Verwendung des im Anspruch 1 angegebenen Thixospritzgießverfahrens zur Herstellung von Teilen mit gradierter Legierungszusammensetzung erreicht. In den Ansprüchen 2 bis 8 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben. Im Anspruch 9 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen mit gradierter Zusammensetzung durch die erfindungsgemäße Anwendung des Thixospritzgießverfahrens gekennzeichnet, wobei die Vorrichtung durch die Merkmale der Ansprüche 10 ― 12 in vorteilhafter Weise ausgestaltet wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Bauteile mit gradierter Legierungszusammensetzung oder Werkstoffverbunde, insbesondere Beschichtungen hergestellt werden. So kann das Bauteil beispielsweise einen zähen Kern aus einer Legierung und eine harte verschleißfeste Oberfläche aus der anderen Legierung besitzen, also z. B. eine Zylinderlaufbuchse mit einer harten verschleißfesten Innenlauffläche oder ein Wälzlagerring mit harter verschleißfester Lauffläche. Ebenso kann beispielsweise ein Gleitlager mit einer Gleitfläche aus einer weichen Legierung hergestellt werden und mit einer Tragstruktur hoher Festigkeit.
Es wird also eine wesentliche Verbesserung der Eigenschaften von durch Thixospritzgießen hergestellten Teilen erreicht.
Nach dem erfindungsgemäß angewendeten Thixospritzgießverfahren werden dem Schneckenextruder wenigstens zwei teilchenförmige feste metallische Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung zugeführt.
Die beiden metallischen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung können zwei unterschiedliche Legierungen oder eine Legierung und ein unlegiertes (reines) Metall sein. Die beiden Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung können auch zwei unlegierte Metalle sein. Falls eine gegenseitige Löslichkeit ausgeschlossen ist, bildet die Schmelztemperatur des niedriger schmelzenden Metalls die Solidustemperatur und die Schmelztemperatur des höher schmelzenden Metalls die Liquidustemperatur des Phasengemisches.
Die teilchenförmigen Metalllegierungen bzw. das teilchenförmige Metall liegt z. B. als Granulat oder Pulver vor.
Erfindungsgemäß kann zwar jede Metalllegierung bzw. jedes Metall verwendet werden. Aus apparativen Gründen werden jedoch Metalllegierungen mit einer niedrigen Solidus- und Liquidustemperatur bzw. reine Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt bevorzugt, die Eisenlegierungen nicht angreifen.
Als Legierungen werden beispielsweise Magnesium-, Aluminium-, Kupfer- und Zinklegierungen und als reine Metalle beispielsweise Magnesium, Aluminium, Kupfer und Zink verwendet.
Die metallischen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung werden in einer inerten Atmosphäre dem Schneckenextruder über wenigstens eine Materialzuführöffnung zugeführt, und das Material wird unter Erwärmung und Scherung auf eine Temperatur zwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur erwärmt und im thixotropen Zustand mit der Schnecke einer Speicherzone zugeführt, aus der es mit der Schnecke durch die Düse oder dgl. ausgestossen wird. Die Schnecke ist in der Regel zum Ausstossen in axialer Richtung hin- und herbeweglich ausgebildet.
Die teilchenförmigen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung können erst gemischt und dann als Gemisch dem Schneckenextruder zugeführt werden. Falls die Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung Legierungen sind, werden diese im Schneckenextruder auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb der Solidus- und unterhalb der Liquidustemperatur der Legierungen liegt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Prozess z. B. durch Diffusion, Konvektion und Mischung Veränderungen der Zusammensetzung möglich sind.
Die Herstellung von metallischen Legierungen durch konventionelle Schmelzmetallurgie unterliegt einer ganzen Reihe von Einschränkungen. So ist durch das Abbrandproblem die Anwendbarkeit von Legierungselementen begrenzt, die eine hohe Schmelztemperatur besitzen, wie z. B. Silizium, oder eine hohe Affinität zu Sauerstoff aufweisen, wie z. B. Hafnium, Yttrium oder Cer. Gleiches gilt für Legierungselemente, die durch ihren hohen Dampfdruck die Tendenz haben, abzudampfen, z. B. Zink. Andere Legierungselemente sind nur begrenzt oder gar nicht im Basismetall löslich, sodass sie aufschwimmen oder zu Boden sinken. So sind z. B. Zirkon, Titan und Silizium in Magnesium kaum löslich und Eisen, Chrom, Molybdän, Vanadium, Beryllium und Bor unlöslich. Eine weitere Limitierung stellt bei schmelzmetallurgischen Verfahren die Eigenschaft mancher Legierungselemente, z. B. von Calcium, dar, die Warmrissneigung und die Tendenz der Legierung zu kleben, zu verstärken. Andere Legierungselemente, auch lösliche, mit einem hohen Atomgewicht, insbesondere solche mit einem um ein Vielfaches höheren Atomgewicht als das Basismaterial, neigen zur Schwerkraftseigerung. Demgegenüber ist bei Legierungen, die im halbfesten thixotropen Zustand vorliegen, die Mischbarkeit praktisch unbegrenzt. Damit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Legierungen erhalten werden, die schmelzmetallurgisch nicht herstellbar sind. Je nach der Zahl der durch metallographische Untersuchung feststellbaren Phasen bzw. Gefügebestandteile können erfindungsgemäß einphasige (homogene) oder mehrphasige Legierungen entstehen.
Wenn Magnesium als Basismaterial verwendet wird, können damit erfindungsgemäß ohne die in der Schmelzmetallurgie bestehenden Limitierungen als Legierungselemente verwendet werden: Alkali- und Erdalkalimetalle, z. B. Kalium, Beryllium und Calcium, Elemente der Gruppe 2B des Periodensystems, wie Zink, der Gruppe 3, wie Bor, der Gruppe 3A, wie Yttrium, oder die Lanthaniden, wie Cer, der Gruppe 4, wie Silicium, der Gruppe 4A, wie Titan, Zirkon oder Hafnium, der Gruppe 5A, wie Vanadium, der Gruppe 6A, wie Chrom oder Molybdän, sowie Eisenmetalle, insbesondere Eisen.
Um eine Legierung aus mindestens zwei unterschiedlichen Legierungen oder mindestens einer Legierung und mindestens einem reinen Metall herzustellen, können die Legierungs- bzw. Reinmetallgranulate oder -pulver dem Schneckenextruder auch getrennt zugeführt werden. Dazu kann ein Schneckenextruder vorgesehen sein, der je eine Materialzuführöffnung für die wenigstens zwei Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung aufweist. Die Materialzuführöffnungen können axial versetzt angeordnet sein, wobei die Legierung mit der niedrigeren Solidustemperatur bzw. das Metall mit dem niedrigen Schmelzpunkt der Schnecke an einer Stelle zugeführt werden kann, die der Speicherzone näher ist als die Stelle, an der die Legierung mit der höheren Solidustemperatur bzw. das Metall mit dem höheren Schmelzpunkt zugeführt wird.
Vorzugsweise liegen die Materialzuführöffnungen jedoch im gleichen Axialbereich an dem materialeingangsseitigen Ende der Schnecke, um eine möglichst intensive Mischung und Scherwirkung durch die Schnecke zu erreichen.
Wenn mehr als zwei metallische Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung eingesetzt werden, also beispielsweise drei Materialien, können davon zwei erst gemischt und dann als Gemisch über eine Materialzuführöffnung der Schnecke zugeführt werden, während das andere metallische Material oder die anderen metallischen Materialien über eine andere Materialzuführöffnung oder -öffnungen zugeführt werden können.
Weiterhin können die wenigstens zwei metallischen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung über je einen Schneckenextruder in den thixotropen Zustand übergeführt und über eine gemeinsame Düse ausgestoßen werden. Dabei können die beiden Schneckenextruder eine gemeinsame Speicherzone besitzen, in der sich die halbfesten thixotropen metallischen Materialien vermischen, die in dem jeweiligen Schneckenextruder gebildet werden. Zum Ausstoßen des vermischten halbfesten thixotropen metallischen Materials aus der Speicherzone durch die Düse bzw. das Spritzwerkzeug kann wenigstens die Schnecke eines der Schneckenextruder hin- und her verschiebbar ausgebildet sein.
Zur Herstellung von Halbzeug oder Bauteilen mit gradierter Legierungszusammensetzung kann die Menge der jeweiligen metallischen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung, die dem einen bzw., wenn mehrere Schneckenextruder verwendet werden, jedem Schneckenextruder zugeführt werden, gesteuert werden. Das heißt, im Fall von zwei unterschiedlichen Legierungen kann beispielsweise zunächst nur eine Legierung dem Schneckenextruder bzw. einem der Schneckenextruder zugeführt und sich als thixotropes Material in dem vordersten, von der Schnecke abgewandten Bereich in der Speicherzone ansammeln, dann z. B. beide Legierungen in einem bestimmten Verhältnis zugeführt werden, sodass sich die gemischte thixotrope Legierung im anschließenden Bereich der Speicherzone ansammelt, worauf schließlich nur die andere Legierung zugeführt und damit in dem der Schnecke bzw. dem Schnecken benachbarten Bereich in der Speicherzone angesammelt wird.
Zur Steuerung der Menge des jeweils zugeführten Materials ist der jeweiligen Materialzuführöffnung des Extruders vorzugsweise eine Dosiervorrichtung vorgeschaltet, beispielsweise ein Schieber, der zwischen der Zuführöffnung im Extrudergehäuse und einem Trichter zur Aufnahme des jeweiligen teilchenförmigen metallischen Materials vorgesehen sein kann.
Wenn eine Vorrichtung mit wenigstens zwei Schneckenextrudern verwendet wird, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine Koextrusion von wenigstens zwei metallischen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung durchgeführt werden. Dazu kann jeder der Schneckenextruder eine Speicherzone aufweisen, in der sich das jeweilige metallische Material im thixotropen Zustand ansammelt. Die thixotropen Materialien können aus den Speicherzonen durch jeweils hin- und her bewegbare Schnecken durch die Düse bzw. das Spritzwerkzeug ausgestoßen werden. Der Ausstoß kann gleichzeitig erfolgen, also durch Koextrusion, aber auch abwechselnd und/oder mit unterschiedlichen Verhältnissen der eingesetzten Materialien.
Bei einer Vorrichtung mit wenigstens zwei Schneckenextrudern können die Schneckenextruder in gleicher Weise wie bei der Koextrusion von Kunststoffen angeordnet sein, also in Tandemanordnung, beispielsweise V-förmig zueinander.
Die Düse kann eine Düsenöffnung aufweisen oder mehrere Düsenöffnungen, beispielsweise zwei koaxiale ringförmige Öffnungen, z. B. zur Herstellung eines Rohres aus zwei koaxialen Schichten aus zwei metallischen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Metallteile hergestellt werden, z.B. Halbzeuge, wie Profile, Rohre, Stangen oder Platten oder bei einer der Düse nachgeschalteten Spritzform beliebige Formteile erhalten werden.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1
eine Thixospritzvorrichtung im Längsschnitt;
Fig. 2
einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Figur 1 entlang der Linie II-II;
Fig. 3
eine Seitenansicht eines mit der Vorrichtung nach Figur 1 gebildeten stangenförmigen Halbzeugs;
Fig. 4
eine Seitenansicht eines aus dem Halbzeug nach Figur 3 geschmiedeten Bauteils;
Fig. 5
eine Draufsicht auf eine als Koextruder ausgebildete Thixospritzgießvorrichtung; und
Fig. 6
ein mit der Vorrichtung nach Figur 5 hergestelltes Profil im Querschnitt.
Gemäß Figur 1 besteht die Thixospritzgießvorrichtung im wesentlichen aus einem Extruder E mit einem Gehäuse 1, in der eine Schnecke 2 umläuft. An dem einen Ende der Schnecke 2 weist das Gehäuse, wie in Figur 2 dargestellt, im gleichen Axialbereich zwei Materialzuführöffnungen 3 und 4 auf, über die jeweils eine Legierung A und B als Granulat aus einem Trichter 5 und 6 zugeführt werden. Zwischen den Trichtern 5 und 6 und den Zuführöffnungen 3, 4 ist ein Schieber 7, 8 zur Dosierung der Schnecke 2 zugeführten Legierung A und B vorgesehen. Mit einer nicht dargestellten z.B. in das Extrudergehäuse integrierten Heizeinrichtung (z.B. Heizbänder) werden die von der Schnecke geförderten Legierungen A und B auf eine Temperatur zwischen ihrer Solidus- und Liquidustemperatur erwärmt, und zwar in einer inerten Atmosphäre.
An dem von den Materialzuführöffnungen 3, 4 abgewandten Ende des Gehäuses 1 ist eine Düse 9 vorgesehen. Zwischen der Schnecke 2 und der Düse 9 befindet sich die Speicherzone 11. Die auf eine Temperatur zwischen ihrer Solidus- und Liquidustemperatur erwärmten Legierungen A, B werden von der Schnecke 2 in einem halbfesten thixotropen Zustand in die Speicherzone 11 gefördert. Die Schnecke 2 ist entsprechend dem Pfeil 12 hin- und her beweglich ausgebildet, um das halbfeste thixotrope Material aus der Speicherzone 11 durch die Düse 9 auszustoßen.
Die Zufuhr der Legierungen A, B kann mit den Schiebern 7, 8 z. B. so gesteuert werden, dass der Schnecke 2 zunächst nur die Legierung A zugeführt wird, sodass der der Düse 5 zugewandte erste Bereich 13 in der Speicherzone 11 nur aus der Legierung A besteht. Wenn beide Schieber 7, 8 dann halbgeöffnet werden, kann der mittlere oder zweite Bereich 14 z. B. aus 50 % der Legierung A und 50 % der Legierung B bestehen, worauf der Schieber 8 geschlossen wird, sodass der dritte, der Schnecke 2 zugewandte Bereich 15 in der Speicherzone 11 wiederum nur aus der Legierung A besteht.
Nach dem Ausstoßen des Materials mit der Schnecke 2 entsprechend dem Pfeil 12 aus der Speicherzone 11 durch die Düse 9 wird die in Figur 3 dargestellte Stange 16 mit den Zonen A, A/B und A gebildet, deren Zusammensetzung der der Bereiche 13, 14 und 15 der Speicherzone 11 entspricht.
Die Stange 11 kann durch Schmieden in das in Figur 4 dargestellte Bauteil 17, beispielsweise eine Kolbenstange übergeführt werden. Durch Verwendung einer besonders verschleißfesten Legierung A und eines besonders zähen Gemischs der Legierungen A und B wird damit im Bereich der Augen 17a und 17b des Bauteils ein Bereich hoher Verschleißfestigkeit erhalten und in der Mitte 17c zwischen den beiden Augen ein zäher, duktiler Bereich.
Die Thixospritzgießvorrichtung nach Figur 5 weist zwei Schneckenextruder E1 und E2 auf, die V-förmig zueinander angeordnet sind. Jeder Schneckenextruder E1, E2 weist eine gemäß den Pfeilen 21, 22 hin- und her bewegliche Schnecke 23, 24 und eine Speicherzone 26, 27 zwischen dem Spritzwerkzeug 25 mit der Düse und jeder Schnecke 23, 24 auf.
Dem Extruder E1 wird z.B. die Legierung A über die Zuführöffnung 3 zugegeben, und dem Extruder E2 z.B. die Legierung B über die Zuführöffnung 4. Damit wird der Speicherzone 26 die Legierung A in thixotroper Form zugeführt, und der Speicherzone 27 die Legierung B.
Die Düse 25 weist ein T-förmiges Profil auf. Zwischen den Speicherzonen 26, 27 ist eine Umlenkung 28 vorgesehen, die die Legierung A in der Speicherzone 26 zu dem von dem senkrechten T-Schenkel abgewandten Bereich des Querbalkens des T lenkt, sodass gemäß Figur 6 ein T-förmiges Profil spritzgegossen wird, das in dem von senkrechten T-Balken abgewandten Bereich aus einem Gemisch der Legierungen A und B besteht, und im übrigen aus der Legierung A.
Die erfindungsgemäße Thixospritzgießeinrichtung kann auch eine Spritzgussform aufweisen, an die zwei oder mehrere Extruderschnecken angeschlossen sind, derart, dass in der Spritzgussform Schieber oder dergleichen Absperrorgane vorgesehen sind. In die Spritzform kann damit z. B. über die erste Extruderschnecke bzw. Düse zuerst die Legierung A gespritzt und dann nach Öffnen des Schiebers im Werkzeug über die zweite Düse die Legierung B. Das heißt, das erfindungsgemäße Verfahren kann ähnlich dem 2-Komponentenspritzgießen von Kunststoffen durchgeführt werden.

Claims (12)

  1. Verwendung des Thixospritzgießverfahrens, bei dem wenigstens zwei teilchenförmige metallische Materialien (A, B) unterschiedlicher Zusammensetzung in einem Schneckenextruder (E, E1, E2) durch Erwärmung auf eine Temperatur zwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur und Scherung in den thixotropen Zustand übergeführt und aus einer Speicherzone (11, 26, 27) über eine Düse (9, 25) ausgestoßen werden, zur Herstellung von Teilen mit gradierter Legierungszusammensetzung.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei metallischen Materialien (A, B) unterschiedlicher Zusammensetzung aus wenigstens zwei Legierungen oder wenigstens einer Legierung und wenigstens einem reinen Metall oder wenigstens zwei reinen Metallen bestehen.
  3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei metallischen Materialien (A, B) unterschiedlicher Zusammensetzung dem Schneckenextruder (E) getrennt zugeführt werden.
  4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei metallischen Materialen (A, B) der Speicherzone (11) in einem sich ändernden Verhältnis (A, A/B, A) zugeführt werden.
  5. Vewendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei metallischen Materialien (A, B) unterschiedlicher Zusammsetzung über je einen Schneckenextruder (E1, E2) in den thixotropen Zustand übergeführt und über eine gemeinsame Düse (25) ausgestossen werden.
  6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei metallischen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung aus je einer Speicherzone (26, 27) über die gemeinsame Düse (25) ausgestossen werden.
  7. Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der wenigstens zwei metallischen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung, die dem Schneckenextrudern (E) bzw. den Schneckenextrudern (E1, E2) zugeführt werden, jeweils steuerbar ist.
  8. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei metallischen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung durch die gemeinsame Düse (25) koextrudiert werden.
  9. Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen mit gradierter Zusammensetzung durch Anwendung des Thixospritzgieß-Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. wenigstens einer der Schneckenextruder (E; E1; E2) für jedes der metallischen Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung (A, B) je eine Materialzuführöffnung (3, 4) aufweist, wobei wenigstens einem Teil der Materialzuführöffnungen (3, 4) eine Dosiereinrichtung (7, 8) zur Zufuhr des jeweiligen metallischen Materials (A, B) vorgeschaltet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialzufuhröffnungen (3, 4) im gleichen Axialbereich des wenigstens einen Schneckenextruders (E; E1; E2) vorgesehen sind.
  11. Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen mit gradierter Zusammensetzung unter Anwendung des Thixospritzgießverfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Schneckenextruder (E1, E2), in denen jeweils ein metallisches Material (A, B) durch Erwärmen auf eine Temperatur zwischen der Solidustemperatur und der Liquidustemperatur in den thixotropen Zustand übergeführt wird, und eine gemeinsame Düse (25) für die wenigstens zwei Schneckenextruder (E1, E2).
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schneckenextruder (E1, E2) eine Speicherzone (26, 27) aufweist, aus der das eine bzw. andere metallische Material (A, B) über die gemeinsame Düse (25) ausstossbar ist.
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