EP1527833B1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundgussteils sowie Verbundgussteil - Google Patents
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Classifications
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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
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/0081—Casting in, on, or around objects which form part of the product pretreatment of the insert, e.g. for enhancing the bonding between insert and surrounding cast metal
-
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- B22D19/0009—Cylinders, pistons
Definitions
- the invention relates to a method for producing a composite casting, wherein an initial part produced in a first step is connected in a further step with a casting material.
- the output part can be completely or partially encapsulated or cast in a further step with a cast material, as well as only one (area) sprue can be done.
- the casting materials may be metals with conventional impurities or alloys, in particular also light metals or light metal alloys, such as aluminum or magnesium.
- the production can be carried out by conventional casting methods such as die casting, chill casting, lost foam casting, sand casting, continuous casting, thixocasting, Squezzecasting or centrifugal casting.
- the output part may be cylinder liners made of steel, such as gray cast iron, which are cast with light metal or a light metal alloy of aluminum or magnesium.
- cylinder liners made of steel, such as gray cast iron, which are cast with light metal or a light metal alloy of aluminum or magnesium.
- hypereutectic aluminum cylinder liners are encapsulated with a hypoeutectic aluminum alloy.
- connection in the contact area between the starting part and the cast material connected to it has proven to be particularly critical, so that a number of proposed solutions have become known in this regard.
- the DE 44 34 576 A1 refers to a cast hypoeutectic aluminum-silicon alloy cast cylinder or cylinder block with over-diecast aluminum-silicon alloy over-bushing and, for example, proposes roughening the liners on the outside by means of grooves, grooves, ridges or undulations in order to provide the necessary firm connection of the bushing To ensure Umgusses.
- connection of the encapsulation to the output part is in the known methods and composite castings either insufficient or can be achieved only with a very large effort in terms of production and costs.
- the invention is therefore based on the object to ensure a particularly good connection of casting material to an output part at the same time very little effort. For example, in an internal combustion engine, a delay of the cylinder or the crankcase should be effectively avoided, the structural properties of the cast materials should remain unique.
- the object is achieved by a method having the features of claim 1, which comprises a coating of the starting part at least in the composite region with a plastic layer.
- the plastic layer burns in a further step, enriched insomniaßgish residue-free, with the combustion only non-toxic substances, such as CO 2 and / or H 2 O are formed. It is particularly advantageous, when the plastic layer during combustion an inert protective gas atmosphere, such as CO 2 forms.
- the plastic layer releases heat during the further step, the heat release being controllable by a targeted formation of the plastic layer.
- the heat release being controllable by a targeted formation of the plastic layer.
- the output part with a plastic layer such as polyethylene, polystyrene or Polyester, wherein the plastic layer is suitably coated, foil, tissue or coating-like and has a thickness of a few microns up to 5 mm, in particular from about 1 to 3 mm.
- a die casting mold 100 is shown for a not shown crankcase of an internal combustion engine.
- a light metal alloy for example an aluminum-silicon alloy or a magnesium alloy, is used here as the casting material.
- the cylinder liners 104 experience a particular stress, so that they consist of a material other than the encapsulation.
- the cylinder liners 104 are off Gray cast iron or made of a hypereutectic aluminum-silicon alloy, which comprises embedded in the aluminum matrix, uniformly formed and distributed silicon primary crystals.
- the cylinder liners 204 are - as in FIG. 2 shown - prefabricated as inserts and provided with a plastic layer 206.
- the plastic layer 206 in the present case consists of polyethylene, styrene or polyester and is applied to the cylinder liners 204.
- the cylinder liners 204 are provided only radially on the outside with the plastic layer 206, however, it is also considered to be very useful when the insert is coated on all sides. In particular, there is then a good surface protection of the insert up to casting.
- the plastic layer 206 is formed film, tissue, coating or coating-like.
- the mold cavity 102 of the pressure casting mold 100 is filled under high pressure with the metallic melt of the encapsulation, burns due to the high temperature of the melt, the plastic layer 206 present non-toxic and residue-free with release of CO 2 and H 2 O.
- the CO 2 forms a protective gas-like atmosphere which prevents oxide film formation of the casting metal during the casting process. Furthermore, heat is released during the combustion of the plastic layer 206 and thus delays the cooling of the melt front, cold running points are prevented.
- a non-toxic and / or non-residue-free combustion may possibly also take place. It can be released substances which cause a change in the alloy and / or the structure of the insert and / or the Umgusses in the composite area. Finally, through targeted selection and / or enrichment of the Plastic heat release are particularly controlled.
- the plastic layer 206 may optionally only partially envelop the insert, such as cylinder liners 204, and / or have a different thickness, a different composition and / or different properties.
- Plastic-coated inserts according to the invention can be used in conjunction with different casting methods, such as die-casting, chill casting, lost-foam casting, sand casting, continuous casting, thixocasting, squezzecasting or centrifugal casting.
- the composite casting produced by the method is characterized in particular by a particularly good connection between the casting material and inserts, at the same time the production requires a very low effort compared to other connection improvement measures.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgussteils, wobei ein in einem ersten Schritt hergestelltes Ausgangsteil in einem weiteren Schritt mit einem Gusswerkstoff verbunden wird.
- Das Ausgangsteil kann im weiteren Schritt mit einem Gusswerkstoff vollständig oder teilweise umgossen bzw. eingegossen werden, ebenso kann nur ein (bereichsweiser) Anguss erfolgen. Bei den Gussmaterialien kann es sich um Metalle mit üblichen Verunreinigungen oder um Legierungen, insbesondere auch um Leichtmetalle oder Leichtmetalllegierungen, wie Aluminium oder Magnesium, handeln. Die Herstellung kann mit üblichen Gießverfahren wie Druckguss, Kokillenguss, Lost-Foam-Guss, Sandguss, Strangguss, Thixocasting, Squezzecasting oder Schleuderguss erfolgen.
- Derartige Verbundgussteile werden beispielsweise in brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugen als Kurbelgehäuse verwendet. Bei dem Ausgangsteil kann es sich dabei um Zylinderlaufbuchsen aus Stahl, wie Grauguss, handeln, welche mit Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung aus Aluminium oder Magnesium umgossen werden. Ebenso werden beispielsweise übereutektische Aluminiumzylinderlaufbuchsen mit einer untereutektischen Aluminiumlegierung umgossen.
- Als besonders kritisch hat sich die Anbindung im Kontaktbereich zwischen Ausgangsteil und dem mit diesem verbundenen Gussmaterial erwiesen, so dass diesbezüglich eine Reihe von Lösungsvorschlägen bekannt geworden sind.
- Die
DE 44 34 576 A1 bezieht sich auf einen gegossenen Verbundgusszylinder oder -zylinderblock aus untereutektischer Aluminium-Silizium-Legierung mit umgossener Laufbuchse aus übereutektischer Aluminium-Silizium-Legierung und schlägt beispielsweise vor, die Laufbuchsen außenseitig mittels Rillen, Riefen, Rippen oder Wellen aufzurauen, um die notwendige feste Anbindung des Umgusses zu gewährleisten. - Neben derartigen - häufig nicht ausreichenden - mechanischen Maßnahmen sind Verfahren bekannt geworden, welche zur Verbesserung der metallurgischen Bindung zwischen Ausgangsteil und Umguss eine metallische Beschichtung des Ausgangsteils vorsehen.
- In diesem Zusammenhang wird auf die
DE 197 45 725 A1 verwiesen, welche ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgussteils aus einer Leichtmetalllegierung mit einem eingegossenen Eingusskörper betrifft und das Aufbringen einer Nickel- oder Molybdänlegierung auf den Eingusskörper mittels Lichtbogen- oder Plasmaspritzen beschreibt. - Die Anbindung des Umgusses an das Ausgangsteil ist bei den bekannten Verfahren und Verbundgussteilen entweder nicht ausreichend oder nur mit einem sehr großen Aufwand hinsichtlich Herstellung und Kosten zu erreichen.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besonders gute Anbindung von Gussmaterial an ein Ausgangsteil bei gleichzeitig sehr geringem Aufwand zu gewährleisten. Beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine soll ein Verzug der Zylinder oder des Kurbelgehäuses wirksam vermieden werden, die Struktureigenschaften der Gussmaterialien sollen eindeutig bleiben.
- Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, welches eine Beschichtung des Ausgangsteils zumindest im Verbundbereich mit einer Kunststoffschicht umfasst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbrennt die Kunststoffschicht im weiteren Schritt, zweckmäßgerweise rückstandsfrei, wobei bei der Verbrennung nur ungiftige Stoffe, wie CO2 und/oder H2O gebildet werden. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Kunststoffschicht bei der Verbrennung eine inerte Schutzgasatmosphäre, beispielsweise CO2, bildet.
- Einem ebenfalls besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens zufolge setzt die Kunststoffschicht während dem weiteren Schritt Wärme frei, wobei durch eine gezielte Ausbildung der Kunststoffschicht die Wärmefreisetzung steuerbar ist. Beispielsweise bedingt eine dickere Kunststoffschicht ebenso wie eine Beschichtung mit einem Kunststoff, welcher einen hohe Energie, wie Bindungsenergie, gespeichert hat, eine höhere Wärmefreisetzung.
- Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Ausgangsteil mit einer Kunststoffschicht, beispielsweise aus Polyethylen, Polystyrol oder Polyester, versehen wird, wobei die Kunststoffschicht zweckmäßigerweise überzug-, folien-, gewebe- oder beschichtungsartig ausgebildet ist und eine Dicke von wenigen µm bis zu 5 mm, insbesondere von ca. 1 bis 3 mm, aufweist.
- Nachfolgend ist ein besonders zu bevorzugendes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert, dabei zeigen schematisch und beispielhaft
- Figur 1
- eine Druckgussform für ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine mit kunststoffbeschichteten Zylinderlaufbuchsen sowie
- Figur 2
- eine kunststoffbeschichtete Zylinderlaufbuchse.
- In
Figur 1 ist eine Druckgussform 100 für ein nicht näher gezeigtes Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine dargestellt. Insbesondere um das Gewicht des Kurbelgehäuses zu reduzieren, wird als Gussmaterial vorliegend eine Leichtmetalllegierung, beispielsweise eine Aluminium-Silizium-Legierung oder eine Magnesiumlegierung, verwendet. Eine besondere Beanspruchung erfahren im Betrieb der Brennkraftmaschine die Zylinderlaufbuchsen 104, so dass diese aus einem anderen Material als der Umguss bestehen. Beispielsweise sind die Zylinderlaufbuchsen 104 aus Grauguss oder aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung hergestellt, welche in die Aluminium-Matrix eingebettete, gleichmäßig ausgebildete und verteilte Silizium-Primärkristalle umfasst. - Die Zylinderlaufbuchsen 204 sind - wie in
Figur 2 dargestellt - als Einlegeteile vorgefertigt und mit einer Kunststoffschicht 206 versehen. Die Kunststoffschicht 206 besteht vorliegend aus Polyethylen, Styrol oder Polyester und ist auf die Zylinderlaufbuchsen 204 aufgebracht. Im Ausführungsbeispiels sind die Zylinderlaufbuchsen 204 nur radial außenseitig mit der Kunststoffschicht 206 versehen, jedoch wird es auch als sehr zweckmäßig angesehen, wenn das Einlegeteil allseitig ummantelt ist. Insbesondere besteht dann ein guter Oberflächenschutz des Einlegeteiles bis zu Vergießen. Die Kunststoffschicht 206 ist folien-, gewebe-, überzug- oder beschichtungsartig ausgebildet. - Im Gießprozess wird der Formraum 102 der Druckgussform 100 unter hohem Druck mit der metallische Schmelze des Umgusses gefüllt, dabei verbrennt bedingt durch die hohe Temperatur der Schmelze die Kunststoffschicht 206 vorliegend ungiftig und rückstandsfrei unter Freisetzung von CO2 und H2O. Das CO2 bildet eine schutzgasartige Atmosphäre, welche während des Gießprozesses eine Oxidhautbildung des Vergussmetalls verhindert. Ferner wird bei der Verbrennung der Kunststoffschicht 206 Wärme freigesetzt und so das Erkalten der Schmelze-Front verzögert, es werden Kaltlaufstellen verhindert.
- Wenn gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel andere Kunststoffe verwendet werden, kann gegebenenfalls auch eine nicht ungiftige und/oder nicht rückstandsfreie Verbrennung erfolgen. Es können Stoffe freigesetzt werden, welche im Verbundbereich eine Veränderung der Legierung und/oder des Gefüges des Einlegeteils und/oder des Umgusses bewirken. Schließlich kann durch gezielte Auswahl und/oder Anreicherung des Kunststoffes die Wärmefreisetzung besonders gesteuert werden. Die Kunststoffschicht 206 kann das Einlegeteil, wie Zylinderlaufbuchsen 204, gegebenenfalls nur bereichsweise umhüllen und/oder eine unterschiedliche Dicke, eine unterschiedliche Zusammensetzung und/oder unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
- Erfindungsgemäße kunststoffbeschichtete Einlegeteil können in Verbindung mit unterschiedlichen Gießverfahren, wie Druckguss, Kokillenguss, Lost-Foam-Guss, Sandguss, Strangguss, Thixocasting, Squezzecasting oder Schleuderguss, verwendet werden.
- Das nach dem Verfahren hergestellte Verbundgussteil zeichnet sich insbesondere durch eine besonders gute Verbindung zwischen Umgussmaterial und Einleger aus, wobei gleichzeitig die Herstellung einen im Vergleich zu anderen verbindungsverbessernden Maßnahmen sehr geringem Aufwand erfordert.
Claims (11)
- Verfahren zur Herstellung eines Verbundgussteils, wobei ein in einem ersten Schritt hergestelltes Ausgangsteil in einem weiteren Schritt mit einem Gusswerkstoff verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten und vor dem weiteren Schritt das Ausgangsteil (104, 204) zumindest im Verbundbereich mit einer Kunststoffschicht (206) versehen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) im weiteren Schritt verbrennt.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) während dem weiteren Schritt rückstandsfrei verbrennt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) bei der Verbrennung nur ungiftige Stoffe bildet.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) bei der Verbrennung eine Schutzgasatmosphäre bildet.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) rückstandsfrei zu CO2 und/oder H2O verbrennt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (206) während dem weiteren Schritt Wärme freisetzt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmefreisetzung durch eine gezielte Ausbildung der Kunststoffschicht (206) gesteuert wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Kunststoffschicht (206) aus Polyethylen, Polystyrol oder Polyester gebildet ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Kunststoffschicht (206) überzug-, folien-, gewebe- oder beschichtungsartig ausgebildet ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Kunststoffschicht (206) eine Dicke von wenigen µm bis zu 5 mm, insbesondere von ca. 1 bis 3 mm, aufweist.
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