EP1900457A1 - Verfahren und vorrictung zur herstellung von gussformteilen aus leichtmetall - Google Patents

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EP1900457A1
EP1900457A1 EP06120560A EP06120560A EP1900457A1 EP 1900457 A1 EP1900457 A1 EP 1900457A1 EP 06120560 A EP06120560 A EP 06120560A EP 06120560 A EP06120560 A EP 06120560A EP 1900457 A1 EP1900457 A1 EP 1900457A1
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EP
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light metal
cast parts
casting
mold
coolant
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Ronald Vrablicz
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Georg Fischer Druckguss GmbH and Co KG
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Georg Fischer Druckguss GmbH and Co KG
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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
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D30/00—Cooling castings, not restricted to casting processes covered by a single main group

Definitions

  • the invention relates to a method for producing cast parts made of light metal.
  • the invention also relates to a device for producing cast parts made of light metal.
  • From the DE 10329014 A1 is a generic method for eliminating deviations in shape of moldings known.
  • the already cooled and deformed component is reheated in a limited area.
  • a heat zone is formed outside the region to be straightened, which is warmer than the area to be straightened.
  • an electrical induction method is preferably used for the local reheating of the heating zone.
  • the contactless heating can be combined with the stretching or compression of the component in a clamping device.
  • This object is achieved by a method for producing cast parts made of light metal in the casting process, wherein immediately after opening the mold, the mold part is cooled specifically at voltage-sensitive areas with a coolant.
  • the casting can be cooled directly after opening the die, that is, even before ejecting the molding.
  • a signal for opening a coolant supply for targeted cooling of the voltage-sensitive areas of the casting is provided, the signal is set immediately after opening the mold halves of the mold.
  • This is also achieved by arranging at least one spray nozzle for the targeted supply of the coolant to the casting mold part on a fixed mold half with a stationary clamping plate of the die casting mold. This is further achieved by disposing the spray nozzle on a peripheral device such as a picking robot or other suitable location.
  • the casting can be cooled as safely as possible and with as little coolant. This is achieved by measuring the amount and / or the temperature of the supplied coolant. This is also achieved in that the coolant is formed as a liquid or gaseous medium. This is further achieved by using water as the liquid coolant.
  • a die casting machine 1 for the production of mold parts 2 made of light metal is shown schematically.
  • the die-casting machine 1 consists essentially of a casting unit 3, a die-casting mold 4 and a mold closing unit 5.
  • the liquid light metal for example an aluminum or magnesium alloy, is conveyed under pressure into the die-casting mold 4 by the casting unit 3.
  • the mold closing unit 5 is used to open and close the die-casting mold 4.
  • a fully automatic die-casting machine 1 is supplemented by various peripheral devices, such as a removal robot 6 or a computer control.
  • the mold closing unit 5 is shown schematically immediately after the casting process and prior to removal of the mold part 2 in the open state.
  • the most important components of the mold closing unit 5 are a fixed platen 8, which receives a fixed mold half 7, and a movable platen 10, on which a movable mold half 9 is mounted.
  • a fixed platen 8 which receives a fixed mold half 7, and a movable platen 10, on which a movable mold half 9 is mounted.
  • 5 guide columns 11 are provided in the mold closing unit.
  • the guide columns 11 are also used to hold the of the Form closing unit 5 generated locking force, which is generated in order to keep the mold halves 7.9 closed.
  • a molded part 2 is shown schematically, which is located in the movable mold half 9 before ejection.
  • the casting 2 may be formed as a Gusstraube, that is several connected by means of a Angusssystems components, or as a component with a complicated geometry.
  • FIG. 2 shows diagrammatically how a spray nozzle 12 for the targeted supply of the coolant is arranged on the fixed mold half 7 in a wall region.
  • the spray nozzle (s) 12 the coolant is selectively supplied to the areas of the casting part 2, which are responsible for the distortion of the molded part 2. In most cases, these are thick-walled areas, which have a higher temperature than the rest of the casting mold part 2 immediately after opening the die-casting mold 4.
  • the spray nozzle (s) 12 can also be arranged on the stationary clamping plate 8 or on the removal robot 6.
  • the spray nozzles 12 can be directed to any desired area of the mold part 2 in the movable mold half 9.
  • the spray nozzle 12 is preferably controlled by a process control computer, not shown here, which controls and controls the casting and demolding process.
  • the spray nozzle 12 is opened as soon as the mold halves 7, 9 of the pressure casting mold 4 are opened.
  • the opening time and the coolant flow rate of the spray nozzle 12 can be adjusted.
  • the coolant amount and the coolant temperature can be adjusted be that the voltage-sensitive areas are cooled specifically from about 400 ° to about 100 ° C.
  • a liquid or gaseous medium for example water, air or inert gas can be used.
  • the delay of the casting part 2 is minimized.
  • a subsequent revision of the mold 4, which is composed of the mold halves 7.9, and which has been carried out so far to keep the delay within limits, can be saved.
  • the mechanical and / or manual straightening of the mold parts 2 after removal from the die-casting machine 1 and the clamping and straightening device required for this purpose are eliminated.
  • a thermal post-treatment, for example, the stress-free annealing, of the casting 2 may be omitted. Even components with large differences in wall thicknesses can be manufactured without distortion or deformation with this modified die casting process.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen (2) aus Leichtmetall im Druckgussverfahren vorgeschlagen, wobei unmittelbar nach dem Öffnen der Druckgiessform (4) das Gussformteil (2) gezielt an spannungsempfindlichen Bereichen mit einem Kühlmittel gekühlt wird. Es wird auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Gussformteilen (2) vorgeschlagen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall.
  • Im Kraftfahrzeugbau werden Gussformteile aus Leichtmetall, beispielsweise Fahrzeugrahmen, Seitenteile oder andere tragende Teile des Fahrzeuges zu einem Ganzen zusammengeführt. Abweichungen vom Sollmass der einzelnen Bauteile führen zu erheblichen Problemen beim Zusammenbau. Insbesondere bei Gussformteilen aus Leichtmetall ist der Wärmeinhalt gross. Bei Bauteilen mit Bereichen unterschiedlicher Wandstärke ist nach dem Giessvorgang der Wärmeinhalt ungleichmässig verteilt. In Bereichen mit grösserer Wandstärke ist der Wärmeinhalt grösser als in dünnwandigen Bereichen des Bauteiles. Daher wird das Bauteil in Bereichen mit kleinerer Wandstärke schneller abkühlen als in dickwandigen Bereichen. Die unterschiedliche Abkühlungsgeschwindigkeit führt zu Verformungen und/oder spannungsempfindliche Bereichen im Bauteil. Vor allem Gussformteile mit einer komplizierten Geometrie oder mit sehr dünnen Wandbereichen müssen entweder thermisch nachbehandelt werden und/oder mechanisch nachbearbeitet werden. Die bekannten Verfahren hierfür sind das spannungsfreie Glühen und/oder das Richten in einer Spannvorrichtung.
  • Aus der DE 10329014 A1 ist ein gattungsgemässes Verfahren zur Beseitigung von Formabweichungen an Gussformteilen bekannt. Das bereits abgekühlte und verformte Bauteil wird in einem begrenzten Bereich wieder erwärmt. Dabei wird ausserhalb des zu richtenden Bereiches eine Wärmezone gebildet, die wärmer ist als der zu richtende Bereich. Für die örtliche Wiedererwärmung der Wärmezone wird vorzugsweise ein elektrisches Induktionsverfahren verwendet. Die berührungslose Erwärmung kann mit dem Strecken oder Stauchen des Bauteiles in einer Spannvorrichtung kombiniert werden.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall anzugeben, wobei das nachträgliche Richten der Bauteile entfällt und wobei die Bauteile innerhalb der zum Teil sehr engen Masstoleranzen aus der Druckgiessform abgeliefert werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall im Giessverfahren, wobei unmittelbar nach dem Öffnen der Giessform das Gussformteil gezielt an spannungsempfindlichen Bereichen mit einem Kühlmittel gekühlt wird.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Es ist von Vorteil, dass das Gussformteil unmittelbar nach dem Öffnen der Druckgiessform, das heisst noch vor dem Auswerfen des Formteiles, gezielt gekühlt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass in der Steuerung und Regelung des Giessverfahrens ein Signal zum Öffnen einer Kühlmittelzufuhr zum gezielten Kühlen der spannungsempfindlichen Bereichen des Gussformteiles vorgesehen ist, wobei das Signal unmittelbar nach dem Öffnen der Formhälften der Gussform gesetzt wird. Dies wird auch dadurch erreicht, dass an einer fest stehenden Formhälfte mit einer fest stehenden Aufspannplatte der Druckgiessform mindestens eine Sprühdüse zur gezielten Zufuhr des Kühlmittels zu dem Gussformteil angeordnet ist. Dies wird weiter auch dadurch erreicht, dass die Sprühdüse an einem Peripheriegerät, wie beispielsweise einem Entnahmeroboter oder an einer anderen dafür geeigneten Stelle angeordnet ist.
  • Es ist auch von Vorteil, dass das Gussformteil möglichst sicher und mit möglichst wenig Kühlmittel gekühlt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Menge und/oder die Temperatur des zugeführten Kühlmittels gemessen werden. Dies wird auch dadurch erreicht, dass das Kühlmittel als flüssiges oder gasförmiges Medium ausgebildet ist. Dies wird weiter auch dadurch erreicht, dass als flüssiges Kühlmittel Wasser eingesetzt wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1 eine Sicht auf eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall und
    • Figur 2 eine Sicht auf einen Teilbereich aus der Vorrichtung von Figur 1.
  • In den Figuren 1 und 2 ist schematisch eine Druckgiessmaschine 1 zur Herstellung von Gussformteilen 2 aus Leichtmetall dargestellt. Die Druckgiessmaschine 1 besteht im Wesentlichen aus einer Giesseinheit 3, einer Druckgiessform 4 und einer Formschliesseinheit 5. Das flüssige Leichtmetall, beispielsweise eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung, wird von der Giesseinheit 3 unter Druck in die Druckgiessform 4 gefördert. Die Formschliesseinheit 5 dient zum Öffnen und Schliessen der Druckgiessform 4. In der Regel wird eine vollautomatisch arbeitende Druckgiessmaschine 1 ergänzt durch verschiedene Peripheriegeräte, wie beispielsweise einem Entnahmeroboter 6 oder einer Computersteuerung.
  • In Figur 2 ist schematisch die Formschliesseinheit 5 unmittelbar nach dem Giessvorgang und vor der Entnahme des Gussformteiles 2 im geöffneten Zustand dargestellt. Die wichtigsten Bauteile der Formschliesseinheit 5 sind eine fest stehende Aufspannplatte 8, die eine fest stehende Formhälfte 7 aufnimmt, sowie eine bewegliche Aufspannplatte 10, auf der eine bewegliche Formhälfte 9 montiert wird. Zur Führung der beweglichen Aufspannplatte 10, in Bezug auf die fest stehende Aufspannplatte 8, sind in der Formschliesseinheit 5 Führungssäulen 11 vorgesehen. Die Führungssäulen 11 dienen auch zur Aufnahme der von der Formschliesseinheit 5 erzeugten Zuhaltekraft, die erzeugt wird, um die Formhälften 7,9 geschlossen zu halten.
  • In der bewegbaren Formhälfte 9 ist schematisch ein Gussformteil 2 dargestellt, das sich vor dem Ausstossen in der bewegbaren Formhälfte 9 befindet. Das Gussformteil 2 kann als Gusstraube, das heisst mehrere mittels eines Angusssystems verbundene Bauteile, oder als ein Bauteil mit einer komplizierten Geometrie ausgebildet sein.
  • In Figur 2 ist schematisch ersichtlich, wie an der fest stehenden Formhälfte 7 in einem Wandbereich eine Sprühdüse 12 für die gezielte Zufuhr des Kühlmittels angeordnet ist. Mittels der Sprühdüse(n) 12 wird das Kühlmittel gezielt an die Bereiche des Gussformteiles 2 zugeführt, die für den Verzug des Formteiles 2 verantwortlich sind. Zumeist handelt es sich dabei um dickwandige Bereiche, die unmittelbar nach dem Öffnen der Druckgiessform 4 noch eine höhere Temperatur als der Rest des Gussformteiles 2 aufweisen. Der oder die Sprühdüse(n) 12 können auch an der fest stehenden Aufspannplatte 8 oder am Entnahmeroboter 6 angeordnet sein.
  • Mit der gezielten Abkühlung werden insbesondere die Bereiche des Gussformteiles 2 gekühlt, die, als Folge der Geometrie und der ungleichmässigen Abkühlung, zum Verzug des Gussformteiles 2 oder zum Aufbau von inneren Spannungen im Gussformteil 2 führen würden. Die Sprühdüsen 12 können auf jeden gewünschten Bereich des Gussformteiles 2 in der beweglichen Formhälfte 9 gerichtet werden. Die Sprühdüse 12 wird vorzugsweise von einem hier nicht abgebildeten Prozesssteuerungscomputer, der den Giess- und Entformungsvorgang regelt und steuert, angesteuert. Die Sprühdüse 12 wird geöffnet, sobald die Formhälften 7,9 der Druckgiessform 4 geöffnet werden.
  • Die Öffnungszeit und der Kühlmitteldurchsatz der Sprühdüse 12 kann eingestellt werden. Die Kühlmittelmenge und die Kühlmitteltemperatur können so eingestellt werden, dass die spannungsempfindlichen Bereiche gezielt von etwa 400° auf etwa 100° C abgekühlt werden. Als Kühlmittel kann ein flüssiges oder gasförmiges Medium, beispielsweise Wasser, Luft oder Inertgas eingesetzt werden.
  • Mit der hier beschriebenen Vorrichtung wird der Verzug des Gussformteiles 2 minimiert. Eine nachträgliche Überarbeitung der Giessform 4, die aus den Giessformhälften 7,9 aufgebaut ist, und die bisher durchgeführt wurde um den Verzug in Grenzen zu halten, kann eingespart werden. Das mechanische und/oder manuelle Richten der Gussformteile 2 nach der Entnahme aus der Druckgussmaschine 1 und die dazu benötigte Einspann- und Richtvorrichtung entfallen. Eine thermische Nachbehandlung, beispielsweise das spannungsfreie Glühen, des Gussformteiles 2 kann weggelassen werden. Auch Bauteile mit grossen Unterschieden in den Wandstärken können ohne Verzug oder Verformung mit diesem modifizierten Druckgussverfahren hergestellt werden.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen (2) aus Leichtmetall, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussformteil (2) unmittelbar nach dem Öffnen der Giessform (4) gezielt an spannungsempfindlichen Bereichen mit einem Kühlmittel gekühlt wird.
  2. Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussformteile (2) aus Leichtmetall im Druckgussverfahren hergestellt werden.
  3. Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen (2) aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung und Regelung des Giessverfahrens ein Signal (A) zum Öffnen einer Kühlmittelzufuhr zum gezielten Kühlen der spannungsempfindlichen Bereiche des Gussformteiles (2) vorgesehen ist, wobei das Signal (A) unmittelbar nach dem Öffnen der Formhälften (7,9) der Giessform (4) gesetzt wird.
  4. Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Kühlmittels gemessen wird.
  5. Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kühlmittels gemessen wird.
  6. Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel als flüssiges oder gasförmiges Medium, beispielsweise Wasser, Luft oder Inertgas ausgebildet ist.
  7. Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussformteil (2) vor dem Auswerfen aus der beweglichen Formhälfte (9) auf der beweglichen Aufspannplatte (10) gezielt in den spannungsempfindlichen Bereichen gekühlt wird.
  8. Vorrichtung zur Herstellung von Gussformteilen (2) aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einer fest stehenden Formhälfte (7) in einer fest stehenden Aufspannplatte (8) einer Druckgiessform (4) mindestens eine Sprühdüse (12) zur gezielten Zufuhr des Kühlmittels zu dem Gussformteil (2) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüse (12) an einem Peripheriegerät, wie beispielsweise einem Entnahmeroboter (6) oder an einer anderen dafür geeigneten Stelle angeordnet ist.
  10. Vorrichtung zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüsen (12) zielend auf dickwandige und/oder kritische Bereiche des Gussformteiles (2) angeordnet sind.
  11. Vorrichtung zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussformteile (2) als Bauteile mit unterschiedlichen Bereichen ausgebildet sind, die vor dem Entformen eine unterschiedliche Temperatur aufweisen.
  12. Vorrichtung zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussformteile (2) als Bauteile mit stark unterschiedlichen Wandstärken ausgebildet sind.
  13. Vorrichtung zur Herstellung von Gussformteilen aus Leichtmetall nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussformteile (2) als grossflächige Strukturbauteile im Fahrzeugbau ausgebildet sind.
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