EP2460605B1 - Verfahren zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen und Vorrichtung zum Herstellen eines Gussbauteils - Google Patents
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- EP2460605B1 EP2460605B1 EP11007794.8A EP11007794A EP2460605B1 EP 2460605 B1 EP2460605 B1 EP 2460605B1 EP 11007794 A EP11007794 A EP 11007794A EP 2460605 B1 EP2460605 B1 EP 2460605B1
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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
- 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
-
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- B22D17/20—Accessories: Details
- B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
- B22D17/2023—Nozzles or shot sleeves
Definitions
- the invention relates to a method for producing a series of cast components according to the preamble of claim 1 and to an apparatus for producing a cast component according to the preamble of claim 7.
- the molten metal is supplied to at least two heated melt feeds and passes from there into the mold, wherein the mold has a channel in which melt streams opposite to each other or to flow towards each other.
- the EP 0 982 089 A1 describes a method for process monitoring in die casting or thixoforming of metals.
- liquid metal is injected via a sprue in a mold cavity in a die casting, which consists of a fixed and a movable mold half.
- sensors are arranged for temperature measurement.
- the measured characteristic values are compared as actual values with corresponding nominal values. If the actual values deviate from the setpoints excessively, either an alarm is triggered (if the deviation moves within a tolerance range) or the die casting process is aborted (if the tolerance range is exceeded).
- the acquisition of the measured data takes place in real time.
- the data is controlled, displayed and archived. This monitoring system maintains a consistently high quality standard.
- the object of the present invention is, when casting a molten metal, in particular a semi-molten casting pulp, to control the time course of the melt flow starting from a plurality of sprue points into the casting mold in such a way that the position of at least one contact surface of filling fronts entering the casting mold is reproducibly in one Series of casting operations can be controlled.
- a casting mold having a cavity and a plurality of sprue points, in particular hot runner exit points or nozzles, is provided.
- a light metal melt is introduced into the casting mold for producing a first cast component by at least two sprue points, in particular hot runner exit points or nozzles, each having a temperature and a pressure.
- the light metal melt flows along at least two paths in at least two streams (one stream per path), in particular oppositely flowing streams, each with a front into the mold, wherein at least two fronts of the streams meet in a region of the casting mold. At least one temperature and / or at least a pressure in the region in which the currents meet, measured.
- the measured temperature and / or the measured pressure are taken into account during the subsequent production of a second cast component in the casting mold for the selection of the respective temperature and / or the respective pressure and / or the respective triggering time at the respective sprue point during the introduction of the light metal melt.
- the procedure according to the invention makes it possible to actively reliably control or regulate the position of the contact surfaces of the filling fronts. In this way, it is achieved that the material flow of the molten metal into the casting mold takes place in a manner compatible with the component, in particular in a way that is reproducible in terms of geometry. In particular, it can be realized that the filling fronts contact one another at intended points. It is particularly preferred if the contact takes place in the vicinity of a vacuum outlet of the casting mold.
- the method is preferably an injection molding process.
- the sprue points can in particular be tempered.
- the casting mold can then also be referred to as a hot runner casting mold.
- the light metal melt is fluid, in particular flowable.
- one or more sensors, detectors, measuring probes or the like can be used.
- the sensor or sensors, detectors or probes may be incorporated on or in the mold.
- the respective temperature and / or the respective pressure at the multiple gate points for the subsequent production of a further cast component can be adjusted as a function of the measured temperature.
- a change in the set respective temperature and / or the set respective pressure at the multiple gating points can be effected as a function of the deviation of the measured temperature, the actual temperature, from a predetermined temperature, a desired temperature.
- the single measurement or multiple measurements may be made initially for one or more first components of the series, with subsequent products being made with the found optimized settings, or made periodically during production of the series so as to take into account previous measurements for the manufacture of subsequent products ,
- the light metal melt is introduced into the mold with elevated pressure compared to the ambient pressure.
- the method may be a so-called die casting method in which at least when filling the mold pressure forces greater than the ambient pressure on the molten metal melt act.
- a light metal is understood in this illustration to mean a metal whose density is less than 5 g / cm 3 .
- the metals are aluminum, magnesium, titanium, lithium and strontium light metals.
- the light metals are aluminum, magnesium and titanium, since they are workable with tools.
- an aluminum alloy or a magnesium alloy is used as light metal.
- the term alloy also includes the pure metal, which is essentially, in particular within production-related foreign components and / or impurities, free of other constituents.
- a semisolid (semi-solid) G imaginebrei with solid phase content or solids content is used. That is, the light metal melt is poured as a semi-solid G imaginebrei, in particular, with a non-dendritic, preferably globulitician solid phase portion.
- the molten metal may be fluid, in particular flowable, liquid, mushy, muddy, doughy or pasty.
- the molten metal may have been cooled to a temperature below the liquidus temperature.
- the processed molten metal may be thixotropic.
- the molten metal may in particular globulitic and / or non-dendritic Solid, for example, spherical or ellipsoid solids, in the liquid phase portion.
- the light metal melt is discharged at the at least two sprue points by hot runner nozzles whose temperature and / or their pressure is adjusted.
- the material flow of the molten metal into the casting mold can be controlled in an advantageous manner with regard to the quantity and the time course of the volume flow.
- a temperature distribution and / or a pressure distribution are measured over a specific path or section in the region in which the streams meet.
- measured values can be taken at a number of measuring points, for example at two measuring points on the opposite sides of the expected position of the contact surface of two filling fronts.
- differences in the values of the parameters in particular with regard to the values of the parameters assigned to the individual filling fronts, can be detected, so that individual separate measures for adjusting the temperature and / or pressure at the respective sprue points are derived from this information and subsequently carried out can be.
- the method according to the invention makes or to make an adjustment of the respective temperature and / or the respective pressure at the respective sprue point when introducing the light metal melt such that during each individual production of a cast component in FIG In the series, the streams essentially meet one another at the same location and, on the other hand, at the same temperature and / or pressure within tolerance intervals. If a series of products is manufactured in this way, then the position of the contact surface of the filling streams can be adjusted in a targeted manner. In this case, contact surfaces can be placed at desired positions for the specific product geometry, for example those in which a structural weakening of the product is desired.
- the device according to the invention may preferably suitably carry out a method for producing a series of cast components with individual or all Be features or feature combinations according to this representation.
- the device comprises a mold having a cavity and a plurality of sprue points, through which a light metal melt, each with a temperature and pressure in the mold can be introduced such that the light metal melt along at least two paths in at least two streams, each with a front into the mold flows, wherein at least two fronts of the streams meet in a region of the mold. It further comprises at least one device for measuring the temperature and / or at least one device for measuring the pressure, which are arranged in the region in which the streams meet.
- the device comprises a temperature and / or pressure control device at the plurality of gate points for taking into account the measured temperature and / or the measured pressure in the subsequent production of a second cast component in the mold for the selection of the respective temperature and / or the respective Pressure at the respective sprue point when introducing the light metal melt.
- control device of the device may have a computing unit and a software program running on the arithmetic unit, which enables a calculation or retrieval of values of temperature and / or pressure to be set at the plurality of sprue points for subsequent casting operations as a function of the measured values , and / or contain one or more tables (look-up tables), which permit an assignment of respective values of temperature and / or pressure to be set at the plurality of gating points in function of the measured values.
- the topology of the cavity can be complex so that detailed structured components are available as products.
- the cavity of the mold may be a not simply connected space. Expressed more vividly, within the cavity there can exist at least one closed path that contracts steadily to a point outside the cavity, in other words, shortens with the inclusion of the orbited center.
- the cavity can be like a frame, lattice-like or net-like or have handle-like space regions with at least two transition points to the residual volume.
- At least one of the gate points is formed by the outlet of a hot runner nozzle.
- tempering devices of the hot runner nozzles are activated with the values determined as a function of the measured values.
- the control device can be designed such that it also performs the control of the temperature control of the hot runner nozzles.
- a temperature control can be for example a cooling device, preferably a CO 2 impulse cooling.
- cast components are available in series with consistently high quality.
- the invention therefore provides a cast component that is obtained in a method with individual or all features or feature combinations according to this representation and / or by means of a device with individual or all features or feature combinations according to this representation.
- the cast components may be structural components for assemblies of a vehicle, in particular an agricultural vehicle, a wheeled vehicle, for example a trackless automobile.
- the FIG. 1 is a sketch of a casting tool with two hot runner nozzles for carrying out an embodiment of a method according to the invention for producing a series of cast components.
- the casting mold 30 is a casting mold 10, which has a frame-like cavity.
- hot runner 12 is the mold 10 at a first hot runner nozzle 14 and a second hot runner 16 in operation a light metal melt, here a magnesium melt fed as a semi-solid cast pulp in the die casting.
- the semisolid casting slurry flows through the cavity in streams in various ways such that in each case two converging fronts of the streams meet in two regions of the casting mold 10, whereby a contact surface is formed.
- a temperature controller 20 is connected to four temperature sensors 24, and a pressure controller 22 with four pressure sensors 26 for data transmission ,
- a temperature sensor 24 and a pressure sensor 26 are adapted to measure the prevailing temperature or the prevailing pressure at a position which passes one of the cavities filling the streams ofchtmetallg cordbreis before he meets with the oncoming stream and forms a contact surface.
- the position about 350 to 450 mm in this embodiment is away from the expected position of the contact surface.
- FIG. 2 outlined a structure of a system for controlling an embodiment of a method according to the invention for producing a series of cast components, which already in connection with the FIG. 1 designated components like reference numerals are used. It is possible to calculate or to predict at which point the two contact surfaces are formed for a specific production process of a cast component from the progressions of the parameters temperature or pressure respectively measured as a function of time at the four different locations. The course of the measured parameters is dependent on the setting parameters, in particular the time, the temperature and the pressure, when introducing the casting slug through the hot runner nozzles 14, 16. Therefore, the parameters measured at the various locations of the parameters Temperature or pressure can be influenced by one, several or all adjustment parameters are changed.
- signals from the temperature controller 20 and the pressure controller 22 are transmitted to a hot runner controller 28.
- the hot runner control device 28 it is determined which specific controls, which specific values of the adjustment parameters, are required in order to achieve desired profiles of the parameters temperature or pressure at the specific different locations. For this purpose, the corresponding functional relationship is deposited in the hot runner control device 28, for example in the form of tables.
- the hot runner controller 28 then controls the individual hot runner nozzles 14,16 accordingly.
- FIG. 3 shows an enlarged view of the hot runner 12 with two hot runner nozzles 14,16.
- the feeding of the light metal melt, here the magnesium alloy is effected by a common supply line, which branches to the individual outlets.
- Both an adjustable pressure generating device and an adjustable tempering device are provided on each of the hot runner nozzles 14,16, so that the pressure and temperature parameters prevailing during die casting can be controlled.
- a further development also includes pairs of sensors (temperature sensors and pressure sensors) each near the hot runner nozzles 14,16, quantitatively about 350 to 450 mm away from their position in the two directions into which the light metal melt flows into the cavity , as a result, additional information about the development over time of parameters of the molten metal, in particular its temperature, can be obtained and advantageously also taken into account in the method according to the invention.
- the magnesium alloy AZ91 should be mentioned here.
- This can be processed according to the invention in the form of a thixotropic casting slurry in the temperature range from 560 to 620 degrees Celsius.
- the temperature is typically 585 degrees Celsius ⁇ 10 degrees Celsius.
- the solid phase content varies in the specified temperature interval partially sensitive to the temperature, so that the consideration according to the invention of the measured temperatures and pressures in areas where currents of the incoming molten magnesium in the mold, special importance to achieve a uniform quality in a series of manufactured castings achieve.
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Description
- Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Gussbauteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
- Im Leichtmetallguss, insbesondere bei der Verarbeitung von Aluminiumlegierungen oder Magnesiumlegierungen, ist es von hohem Stellenwert für die Qualität der gegossenen Produkte, dass die Gießformfüllung kontrolliert und in reproduzierbare Weise erfolgt. Diese Anforderung ist besonders bedeutsam, wenn das Gießen mit einer halbflüssigen oder halbfesten Metallschmelze, einem halbflüssigen oder halbfesten Gießbrei, in einem semi-solid Gießverfahren, insbesondere mit einer unter den Liquiduspunkt abgekühlten Metallschmelze mit Festkörperanteil, erfolgt, da die Eigenschaften der halbflüssigen Metallschmelze, des Gießbreis stark von einer Vielzahl von Parametern, insbesondere der Temperatur, abhängen.
- Aufgrund der häufig komplizierten Geometrie oder Topologie der Produkte und damit auch der zu füllenden Kavität der Gießform wird häufig eine Mehrzahl von Angusspunkten genutzt, so dass die Kavität mit ausreichend hoher Geschwindigkeit unter Minimierung von Gießfehlern, bevorzugt ohne Gießfehler, wie Lunkerbildung oder dergleichen, mit der Leichtmetallschmelze gefüllt werden kann. Beispielsweise ist im Dokument
DE 10 2008 052 062 A1 das Gießen eines rahmenartigen Strukturbauteils mit Öffnung beschrieben, wie es beispielsweise in konkret gestalteter Ausführung für Rückenlehnen von Fahrzeugsitzen benötigt wird. Damit die erhaltenen Produkte nur unwesentlich nachbearbeitet werden müssen und in definierten Bereichen veränderte, insbesondere erhöhte mechanische Kennwerte aufweisen, wird die Metallschmelze zu mindestens zwei beheizten Schmelzezuführungen zugeführt und gelangt von dort in die Gussform, wobei die Gussform einen Kanal aufweist, in welchem Schmelzeströme einander entgegengesetzt oder aufeinander zu fließen. - Im Zusammenhang des Gießens mit einem halbfesten Gießbrei kann es beim Einsatz mehrerer Schmelzezuführungen oder Heißkanäle bei ungleichmäßiger Temperatur beim Austritt der Metallschmelze und/oder bei unterschiedlichen geometrischen Ausströmungen (zum Beispiel unterschiedlichen Verschließens der Öffnungen) zur unterschiedlichen Bildung von kalten Metallpfropfen kommen, die wie eine Ventilsperre wirken und die warme Metallschmelze von einem Teil der kalten Gussform trennen. In einem derartigen Fall nimmt bei unterschiedlich großen kalten Pfropfen die Metallschmelze den Weg des geringsten Widerstandes und füllt den Kanal durch die eine geöffnete Schmelzezuführung solange, bis genügen Gegendruck aufgebaut ist, so dass die andere Schmelzezuführung öffnet. Auf diese Weise können Füllfronten der Metallschmelze entstehen, die sich unterschiedlich schnell beim Einlaufen in die Kavität ausbreiten und zu unterschiedlichen Zeiten aufeinander treffen, so dass die Position der Kontaktflächen, auch als Bindenähte bezeichnet, variiert. Da die Kontaktflächen andere physikalische und/oder chemische Eigenschaften aufweisen als ein Materialabschnitt im Inneren des gegossenen Bauteils, bedeutet diese Variation auch eine Streuung der Bauteileigenschaften. Diese Prozessschwankungen sind für eine ausreichend hohe Qualität inakzeptabel.
- Aus dem Dokument
DE 44 44 092 A1 ist für den konventionellen Kunststoff-Druckguss oder konventionellen Aluminium-Druckguss mittels eines Heißkanals in eine Spritzgussform bekannt, dass die Ist-Temperatur während eines Gießzyklus gemessen und in Abhängigkeit einer Abweichung von einer Soll-Temperatur ein Kühl- und/oder Heizmedium zur Temperierung der Spritzgussform zugeführt werden. - Die
EP 0 982 089 A1 beschreibt ein Verfahren zur Prozessüberwachung beim Druckgießen oder Thixoformen von Metallen. Hierbei wird in einer Druckgießanlage flüssiges Metall über einen Angusskanal in einen Formhohlraum eingeschossen, der aus einer feststehenden und einer beweglichen Formhälfte besteht. An Stellen der Formoberfläche, an denen das thermische Gleichgewicht und die Erstarrung gut zu erfassen sind, werden Sensoren zur Temperaturmessung angeordnet. Die gemessenen Kennwerte werden als Istwerte mit entsprechenden Sollwerten verglichen. Bei unzulässig starker Abweichung der Istwerte von den Sollwerten wird entweder ein Alarm ausgelöst (wenn sich die Abweichung innerhalb eines Toleranzbereichs bewegt) oder der Druckgießvorgang wird abgebrochen (wenn der Toleranzbereich überschritten ist). Die Erfassung der Messdaten erfolgt in Echtzeit. Die Daten werden kontrolliert, angezeigt und archiviert. Durch dieses Überwachungssystem wird ein gleichmäßig hoher Qualitätsstandard eingehalten. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, beim Gießen einer Metallschmelze, insbesondere eines halbflüssigen Gießbreis, den zeitlichen Verlauf des Schmelzflusses von einer Mehrzahl von Angusspunkten ausgehend in die Gießform derart zu kontrollieren, dass die Lage wenigstens einer Kontaktfläche von in die Gießform einlaufenden Füllfronten reproduzierbar in einer Serie von Gießvorgängen gesteuert werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
- Im erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen werden wenigstens die folgende Schritte durchgeführt: Es wird eine Gussform mit einer Kavität und einer Mehrzahl von Angusspunkten, insbesondere Heißkanalaustrittspunkte oder Düsen, bereitgestellt. Eine Leichtmetallschmelze wird durch wenigstens zwei Angusspunkte, insbesondere Heißkanalaustrittspunkte oder Düsen, mit jeweils einer Temperatur und einem Druck in die Gussform zur Herstellung eines ersten Gussbauteils eingebracht. Die Leichtmetallschmelze fließt entlang wenigstens zweier Wege in wenigstens zwei Strömen (ein Strom pro Weg), insbesondere einander entgegengesetzt fließenden Strömen, mit jeweils einer Front in die Gussform ein, wobei sich wenigstens zwei Fronten der Ströme in einem Bereich der Gussform treffen. Wenigstens eine Temperatur und/oder wenigstens werden ein Druck im Bereich, in welchem die Ströme zusammentreffen, gemessen. Die gemessene Temperatur und/oder der gemessene Druck werden beim nachfolgenden Herstellen eines zweiten Gussbauteils in der Gussform für die Wahl der jeweiligen Temperatur und/oder des jeweiligen Drucks und/oder des jeweiligen Auslösezeitpunkts am jeweiligen Angusspunkt beim Einbringen der Leichtmetallschmelze berücksichtigt.
- Durch das erfindungsgemäße Vorgehen ist es möglich, die Lage der Kontaktflächen der Füllfronten aktiv zuverlässig zu kontrollieren oder zu regulieren. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Materialfluss der Metallschmelze in die Gießform bauteilgerecht, insbesondere geometriegerecht reproduzierbar erfolgt. Insbesondere kann realisiert werden, dass die Füllfronten an vorgesehenen Punkten einander kontaktieren. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Kontakt in der Nähe eines Vakuumaustritts der Gießform stattfindet. Durch das Vorsehen einer individuellen Regelung für die Serie von Gießvorgängen in Abhängigkeit der aktuell gemessenen Werte wird eine vorteilhaft hohe Prozesssicherheit erreicht, so dass eine Steigerung der Qualität möglich ist, indem die Streuung der individuellen Ergebnisse verringert wird.
- Das Verfahren ist bevorzugt ein Spritzgussverfahren. Die Angusspunkte können insbesondere temperierbar sein. Die Gießform kann dann auch als Heißkanalgießform bezeichnet werden. Die Leichtmetallschmelze ist fluid, insbesondere fließfähig. Zum Zweck der Messung können ein oder mehrere Sensoren, Detektoren, Messsonden oder dergleichen zum Einsatz gelangen. Der oder die Sensoren, Detektoren oder Messsonden können an oder in der Gussform aufgenommen sein. Die jeweilige Temperatur und/oder der jeweilige Druck an den mehreren Angusspunkten für das nachfolgende Herstellen eines weiteren Gussbauteils kann in Funktion der gemessenen Temperatur eingestellt werden. Anders gesagt, eine Veränderung der eingestellten jeweilige Temperatur und/oder des eingestellten jeweiligen Drucks an den mehreren Angusspunkten kann in Abhängigkeit der Abweichung der gemessenen Temperatur, der Ist-Temperatur, von einer vorgegebenen Temperatur, einer Soll-Temperatur, erfolgen. Die einzelne Messung oder mehrere Messungen können initial für eine oder mehrere erste Bauteile der Serie erfolgen, wobei nachfolgende Produkte mit den gefundenen optimierten Einstellungen hergestellt werden, oder regelmäßig während der Produktion der Serie derart erfolgen, dass vorhergehende Messwerte für die Herstellung nachfolgender Produkte berücksichtigend genutzt werden.
- Bevorzugt wird die Leichtmetallschmelze mit im Vergleich zum Umgebungsdruck erhöhtem Druck in die Gussform eingebracht. Mit anderen Worten, das Verfahren kann ein so genanntes Druckgussverfahren sein, in welchem wenigstens beim Füllen der Gießform Druckkräfte größer als der Umgebungsdruck auf die Leichtmetallschmelze wirken.
- Unter einem Leichtmetall wird in dieser Darstellung ein Metall verstanden, dessen Dichte weniger als 5 g/cm3 beträgt. Insbesondere sind die Metalle Aluminium, Magnesium, Titan, Lithium und Strontium Leichtmetalle. Besonders bevorzugt in technischen Anwendungen, insbesondere im Zusammenhang der Erfindung, sind die Leichtmetalle Aluminium, Magnesium und Titan, da sie mit Werkzeugen bearbeitbar sind.
- In einer Gruppe von bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Leichtmetall eine Aluminiumlegierung oder eine Magnesiumlegierung verwendet. Die Bezeichnung Legierung umfasst auch das reine Metall, das im Wesentlichen, insbesondere innerhalb von herstellungsbedingten Fremdanteilen und/oder Verunreinigungen, frei von anderen Bestandteilen ist. Des Weiteren oder alternativ dazu gelangt beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt ein halbfester (semi-solid) Gießbrei mit Festphasenanteil oder Festkörperanteil zum Einsatz. Das heißt, die Leichtmetallschmelze wird als ein halbfester Gießbrei, insbesondere, mit einem nicht-dendritischen, bevorzugt globulitischen Festphasenanteil, vergossen. Die Metallschmelze kann fluid, insbesondere fließfähig, flüssig, breiig, schlammig, teigig oder pastös, sein. Die Metallschmelze kann auf eine Temperatur unter die Liquidus-Temperatur abgekühlt worden sein. Die verarbeitete Metallschmelze kann thixotrop sein. Die Metallschmelze kann insbesondere globulitische und/oder nicht-dendritische Festkörper, beispielsweise sphäroide oder ellipsoide Festkörper, im flüssigen Phasenanteil aufweisen.
- In einer konkreten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen wird die Leichtmetallschmelze an den wenigstens zwei Angusspunkten durch Heißkanaldüsen, deren Temperatur und/oder deren Druck eingestellt wird, ausgebracht. Mittels der einstellbaren Heißkanaldüsen kann in vorteilhafter Weise präzise der Materialfluss der Metallschmelze in die Gießform hinsichtlich der Menge und des Zeitverlaufs des Volumenstromes gesteuert werden.
- Erfindungsgemäß werden eine Temperaturverteilung und/oder eine Druckverteilung über einen bestimmten Weg oder Streckenabschnitt im Bereich, in welchem die Ströme zusammentreffen, gemessen. Konkret können an einer Anzahl von Messstellen, beispielsweise an zwei Messpunkten auf den einander gegenüberliegenden Seiten der erwarteten Lage der Kontaktfläche zweier Füllfronten, Messwerte genommen werden. Auf diese Weise können Unterschiede der Werte der Parameter, insbesondere hinsichtlich der den einzelnen Füllfronten zugeordneten Werte der Parameter, detektiert werden, so dass aus dieser Information einzelne separate Maßnahmen für die Einstellung der Temperatur und/oder des Drucks an den jeweiligen Angusspunkten abgeleitet und anschließend durchgeführt werden können.
- Hinsichtlich des Ziels einer reproduzierbaren, gleichbleibenden hohen Qualität ist es im erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugt, eine Einstellung der jeweiligen Temperatur und/oder des jeweiligen Drucks am jeweiligen Angusspunkt beim Einbringen der Leichtmetallschmelze derart vorzunehmen oder erfolgen zu lassen, dass bei jedem einzelnen Herstellen eines Gussbauteils in der Serie die Ströme im Wesentlichen zum einen an derselben Stelle und zum anderen mit derselben Temperatur und/oder demselben Druck im Rahmen von Toleranzintervallen aufeinandertreffen. Wird auf diese Weise eine Serie von Produkten gefertigt, so kann gezielt die Lage der Kontaktfläche der Füllströme eingestellt werden. Dabei können Kontaktflächen an für die konkrete Produktgeometrie gewünschten Positionen platziert werden, beispielsweise an solchen, an denen eine strukturelle Schwächung des Produktes gewünscht ist.
- Im Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht auch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Gussbauteils. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bevorzugt geeignet Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen mit einzelnen oder allen Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung sein. Die Vorrichtung umfasst eine Gussform mit einer Kavität und einer Mehrzahl von Angusspunkten, durch welche eine Leichtmetallschmelze mit jeweils einer Temperatur und einem Druck in die Gussform derart einbringbar ist, dass die Leichtmetallschmelze entlang wenigstens zweier Wege in wenigstens zwei Strömen mit jeweils einer Front in die Gussform einfließt, wobei sich wenigstens zwei Fronten der Ströme in einem Bereich der Gussform treffen. Sie umfasst des Weiteren wenigstens eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur und/oder wenigstens eine Vorrichtung zum Messen des Drucks, welche im Bereich, in welchem die Ströme zusammentreffen, angeordnet sind. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung ein Regelgerät für Temperatur und/oder Druck an der Mehrzahl von Angusspunkten, zur Berücksichtigung der gemessenen Temperatur und/oder des gemessenen Drucks beim nachfolgenden Herstellen eines zweiten Gussbauteils in der Gussform für die Wahl der jeweiligen Temperatur und/oder des jeweiligen Drucks am jeweiligen Angusspunkt beim Einbringen der Leichtmetallschmelze.
- In einer konkreten Ausgestaltung kann das Regelgerät der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Recheneinheit und ein auf der Recheneinheit laufendes Softwareprogramm aufweisen, welches eine Errechnung oder Auffindung von jeweils an der Mehrzahl von Angusspunkten einzustellenden Werten von Temperatur und/oder Druck für nachfolgende Gießvorgänge in Funktion der gemessenen Werte ermöglicht, und/oder eine oder mehrere Tabellen (look-up tables) enthalten, welche eine Zuordnung von jeweils an der Mehrzahl von Angusspunkten einzustellenden Werten von Temperatur und/oder Druck in Funktion der gemessenen Werte gestatten.
- Die Topologie der Kavität kann komplex sein, so dass detailliert strukturierte Bauteile als Produkte erhältlich sind. Zu diesem Zweck kann die Kavität der Gussform ein nicht einfach zusammenhängender Raum sein. Etwas anschaulicher ausgedrückt, innerhalb der Kavität kann wenigstens ein geschlossener Pfad existieren, der sich stetig auf einen Punkt außerhalb der Kavität zusammenziehen, anders gesagt sich unter Einschluss des umlaufenen Zentrums verkürzen, lässt. Beispielsweise kann die Kavität rahmenartig, gitterartig oder netzartig sein oder henkelartige Raumbereiche mit wenigstens zwei Übergangspunkten zum Restvolumen aufweisen. Bei der Befüllung derartige Kavitäten mit Metallschmelze ausgehend von einer Mehrzahl von Angusspunkten treten verbreitet Situationen auf, in der Füllfronten in Teilbereichen aufeinander zu fließen und schließlich eine Kontaktfläche bilden. Häufig ist sinnvollerweise ein Befüllen der Gießform mit Metallschmelze von nur einem Angusspunkt ausgehend ohne Gefahr der Erzeugung von Gießfehlern nicht möglich.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wenigstens einer der Angusspunkte vom Austritt einer Heißkanaldüse gebildet.
In diesem Fall werden Temperiereinrichtungen der Heißkanaldüsen mit den in Abhängigkeit der gemessenen Werte bestimmten Werte angesteuert. Das Regelgerät kann derart ausgeführt sein, dass es auch die Ansteuerung der Temperiereinrichtungen der Heißkanaldüsen durchführt. Eine Temperierung kann beispielsweise eine Kühleinrichtung, bevorzugt eine CO2-Impulskühlung sein. - In der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, konkret mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einzelnen oder allen Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung beziehungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einzelnen oder allen Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung sind Gussbauteile in Serie mit gleichbleibend hoher Qualität erhältlich. Erfindungsgemäß ist daher ein Gussbauteil, das erhalten in einem Verfahren mit einzelnen oder allen Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung und/oder mittels einer Vorrichtung mit einzelnen oder allen Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung ist.
- In konkreten Anwendungen kann es sich bei den Gusbauteilen um Strukturbauteile für Baugruppen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Landkraftfahrzeuges, eines Radfahrzeuges, beispielsweise eines schienenlosen Automobils, handeln.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt: Es zeigt im Einzelnen:
- Figur 1
- eine Skizze eines Gießwerkzeugs mit zwei Heißkanalaustrittsdüsen zur Durchführung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen,
- Figur 2
- eine Skizze einer Struktur eines Systems zur Steuerung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen, und
- Figur 3
- eine vergrößerte Darstellung des Heißkanals mit zwei Heißkanalaustrittsdüsen.
- Die
Figur 1 ist eine Skizze eines Gießwerkzeugs mit zwei Heißkanalaustrittsdüsen zur Durchführung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen. Im Gießwerkzeug 30 befindet sich eine Gussform 10, welche eine rahmenartige Kavität aufweist. Mittels eines anhand derFigur 3 näher beschriebenen, hier nicht zeichnerisch dargestellten Heißkanals 12 wird der Gussform 10 an einer ersten Heißkanalaustrittsdüse 14 und einer, zweiten Heißkanalaustrittsdüse 16 im Betrieb eine Leichtmetallschmelze, hier eine Magnesiumschmelze, als halbfester Gießbrei im Druckguss zugeführt. Um die Kavität zu füllen, durchströmt der halbfeste Gießbrei die Kavität in Strömen auf verschiedenen Wegen derart, dass sich jeweils zwei aufeinander zulaufende Fronten der Ströme in zwei Bereichen der Gussform 10 treffen, wodurch eine Kontaktfläche entsteht. Dieses Treffen findet in Bereichen der Gussform statt, welche von der Metallschmelze in der in Wesentlichen gleichen Zeit ausgehend von den zwei Heißkanalaustrittsdüsen 14,16 erreichbar ist. Im konkret in derFigur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieses jeweils in der Nähe der zwei Vakuum-Unterstützungen 18 für den Druckguss der Fall. - Erfindungsgemäß sind für die aktive Kontrolle der genauen Lage der Kontaktflächen jeweils in den zwei angesprochenen Bereichen an verschiedenen Orten gruppierte Paare von Sensoren angeordnet: Ein Temperatur-Controller 20 ist mit vier Temperaturfühlern 24, und ein Druck-Controller 22 mit vier Drucksensoren 26 zur Datenübertragung verbunden. Jeweils ein Temperaturfühler 24 und ein Drucksensor 26 sind eingerichtet, die herrschende Temperatur beziehungsweise den herrschenden Druck an einer Position zu messen, welche einer der die Kavität füllenden Ströme des Leichtmetallgießbreis passiert, bevor er mit dem ihm entgegenkommenden Strom zusammentrifft und eine Kontaktfläche ausbildet. Quantitativ liegt die Position etwa 350 bis 450 mm in dieser Ausführungsform von der erwarteten Position der Kontaktfläche entfernt.
- Die
Figur 2 skizziert eine Struktur eines Systems zur Steuerung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen, wobei die bereits im Zusammenhang mit derFigur 1 bezeichneten Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Aus den jeweils in Abhängigkeit der Zeit an den vier verschiedenen Orten gemessenen Verläufen der Parameter Temperatur beziehungsweise Druck lässt sich errechnen beziehungsweise vorhersagen, an welcher Stelle die zwei Kontaktflächen für einen konkreten Herstellvorgang eines Gussbauteils ausgebildet werden. Der Verlauf der gemessenen Parameter steht in Abhängigkeit der Einstellparameter, insbesondere des Zeitpunkts, der Temperatur und des Drucks, beim Einbringen des Gießbreis durch die Heißkanalaustrittsdüsen 14, 16. Daher kann auf die an den verschiedenen Orten gemessenen Verläufe der Parameter Temperatur beziehungsweise Druck Einfluss genommen werden, in dem einer, mehrere oder alle Einstellparameter verändert werden. Erfindungsgemäß werden Signale vom Temperatur-Controller 20 und vom Druck-Controller 22 an ein Heißkanalregelgerät 28 übermittelt. Im Heißkanalregelgerät 28 wird bestimmt, welche konkrete Ansteuerungen, welche konkreten Werte der Einstellparameter, erforderlich sind, um gewünschte Verläufe der Parameter Temperatur beziehungsweise Druck an den bestimmten verschiedenen Orten zu erreichen. Dazu ist der entsprechende funktionelle Zusammenhang im Heißkanalregelgerät 28 hinterlegt, zum Beispiel in Form von Tabellen. Das Heißkanalregelgerät 28 steuert dann die einzelnen Heißkanalaustrittsdüsen 14,16 entsprechend an. - Die
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Heißkanals 12 mit zwei Heißkanalaustrittsdüsen 14,16. Die Zuführung der Leichtmetallschmelze, hier der Magnesiumlegierung erfolgt durch eine gemeinsame Zuführleitung, welche sich zu den einzelnen Austritten verzweigt. Es sind sowohl eine einstellbare Druckerzeugungsvorrichtung als auch eine einstellbare Temperierungsvorrichtung an jedem der Heißkanalaustrittsdüsen 14,16 vorhanden, so dass die beim Druckgießen herrschenden Parameter Druck und Temperatur steuerbar sind. - Hier zeichnerisch nicht dargestellt umfasst eine Weiterentwicklung auch Paare von Sensoren (Temperaturfühler und Drucksensoren) jeweils in der Nähe der Heißkanalaustrittsdüsen 14,16, quantitativ etwa 350 bis 450 mm von deren Position in den beiden Richtungen, in welche die Leichtmetallschmelze in die Kavität hineinfließt, entfernt. Dadurch kann zusätzliche Information über die zeitliche Entwicklung von Parametern der Metallschmelze, insbesondere deren Temperatur, gewonnen und vorteilhaft im erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls berücksichtigt werden.
- Als ein Beispiel der konkreten Anwendung ist an dieser Stelle die Magnesiumlegierung AZ91 zu nennen. Diese kann in Form eines thixotropen Gießbreis im Temperaturbereich 560 bis 620 Grad Celsius erfindungsgemäß verarbeit werden. Als Arbeitspunkt ist typischerweise die Temperatur 585 Grad Celsius ± 10 Grad Celsius bestimmt. Der Festphasenanteil variiert im angegebenen Temperaturintervall teilweise empfindlich mit der Temperatur, so dass der erfindungsgemäßen Berücksichtigung der gemessenen Temperaturen und Drücke in Bereichen, in denen Ströme der in die Gussform einlaufenden Magnesiumschmelze, besondere Bedeutung zukommt, um in einer Serie von hergestellten Gussteilen eine gleichmäßige Qualität zu erzielen.
-
- 10
- Gussform
- 12
- Heißkanal
- 14
- erste Heißkanalaustrittsdüse
- 16
- zweite Heißkanalaustrittsdüse
- 18
- Vakuum-Unterstützung
- 20
- Temperatur-Controller
- 22
- Druck-Controller
- 24
- Temperatur-Fühler
- 26
- Drucksensor
- 28
- Heißkanalregelgerät
- 30
- Gießwerkzeug
Claims (9)
- Verfahren zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen, in welchem eine Gussform (10) mit einer Kavität und einer Mehrzahl von Angusspunkten bereitgestellt wird, eine Leichtmetallschmelze durch wenigstens zwei Angusspunkte mit jeweils einer Temperatur und einem Druck in die Gussform (10) zur Herstellung eines ersten Gussbauteils eingebracht wird und die Leichtmetallschmelze entlang wenigstens zweier Wege in wenigstens zwei Strömen mit jeweils einer Front in die Gussform einfließt, wobei sich wenigstens zwei Fronten der Ströme in einem Bereich der Gussförm treffen,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine Temperatur und/oder wenigstens ein Druck im Bereich, in welchem die Ströme zusammentreffen, gemessen werden und die gemessene Temperatur und/oder der gemessene Druck beim nachfolgenden Herstellen eines zweiten Gussbauteils in der Gussform (10) für die Wahl der jeweiligen Temperatur und/oder des jeweiligen Drucks und/oder des jeweiligen Auslösezeitpunkts am jeweiligen Angusspunkt beim Einbringen der Leichtmetallschmelze berücksichtigt werden, wobei an zwei Messpunkten auf einander gegenüberliegenden Seiten der erwarteten Lage der Kontaktfläche zweier Füllfronten Messwerte genommen werden. - Verfahren zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leichtmetallschmelze mit im Vergleich zum Umgebungsdruck erhöhtem Druck in die Gussform (10) eingebracht wird. - Verfahren zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Leichtmetall eine Aluminiumlegierung oder eine Magnesiumlegierung verwendet wird und dass die Leichtmetallschmelze als ein halbfester Gießbrei mit einem Festphasenanteil vergossen wird. - Verfahren zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leichtmetallschmelze an den wenigstens zwei Angusspunkten durch Heißkanaldüsen, deren Temperatur und/oder deren Druck eingestellt wird, ausgebracht wird. - Verfahren zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Temperaturverteilung und/oder eine Druckverteilung über einen bestimmten Weg im Bereich, in welchem die Ströme zusammentreffen, gemessen werden. - Verfahren zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Einstellung der jeweiligen Temperatur und/oder des jeweiligen Drucks am jeweiligen Angusspunkt beim Einbringen der Leichtmetallschmelze derart erfolgt, dass bei jedem einzelnen Herstellen eines Gussbauteils in der Serie die Füllfronten der Ströme reproduzierbar an vorgesehenen Punkten in der Gussform und mit derselben Temperatur und/oder demselben Druck im Rahmen von Toleranzintervallen einander kontaktieren. - Vorrichtung zum Herstellen einer Serie von Gussbauteilen mit einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, mit einer Gussform (10) mit einer Kavität und einer Mehrzahl von Angusspunkten (14, 16), durch welche eine Leichtmetallschmelze mit jeweils einer Temperatur und einem Druck in die Gussform derart einbringbar ist, dass die Leichtmetallschmelze entlang wenigstens zweier Wege in wenigstens zwei Strömen mit jeweils einer Front in die Gussform (10) einfließt, wobei sich wenigstens zwei Fronten der Ströme in einem Bereich der Gussform (10) treffen,
gekennzeichnet durch
wenigstens eine Vorrichtung (20, 24) zum Messen der Temperatur und/oder wenigstens eine Vorrichtung (22, 26) zum Messen des Drucks, welche im Bereich, in welchem die Ströme zusammentreffen, angeordnet sind und ein Regelgerät (28) für Temperatur und/oder Druck an der Mehrzahl von Angusspunkten, zur Berücksichtigung der gemessenen Temperatur und/oder des gemessenen Drucks beim nachfolgenden Herstellen eines zweiten Gussbauteils in der Gussform (10) für die Wahl der jeweiligen Temperatur und/oder des jeweiligen Drucks am jeweiligen Angusspunkt beim Einbringen der Leichtmetallschmelze. - Vorrichtung zum Herstellen eines Gussbauteils gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kavität der Gussform (10) ein nicht einfach zusammenhängender Raum ist. - Vorrichtung zum Herstellen eines Gussbauteils gemäß Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens einer der Angusspunkte vom Austritt (14,16) einer Heißkanaldüse gebildet ist.
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