EP3456437B1 - Verfahren zum herstellen eines formkörpers mit gasgefüllten poren aus einem metallischen werkstoff mittels warmkammer-druckgiessen - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines formkörpers mit gasgefüllten poren aus einem metallischen werkstoff mittels warmkammer-druckgiessen Download PDF

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EP3456437B1
EP3456437B1 EP17191916.0A EP17191916A EP3456437B1 EP 3456437 B1 EP3456437 B1 EP 3456437B1 EP 17191916 A EP17191916 A EP 17191916A EP 3456437 B1 EP3456437 B1 EP 3456437B1
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casting
mold cavity
molded body
melt
metallic material
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Paul Jens
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Hzd Druckguss Havelland GmbH
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Hzd Druckguss Havelland GmbH
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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
    • B22D17/02—Hot chamber machines, i.e. with heated press chamber in which metal is melted
    • B22D17/04—Plunger machines
    • 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
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/32—Controlling equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/005—Casting metal foams

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a shaped body with gas-filled pores from a metallic material by means of hot chamber pressure casting.
  • Die-casting processes are used to produce moldings using a die-casting machine.
  • the cold chamber and hot chamber methods are known.
  • the die-casting machine and the furnace for providing the melt of the metallic material are always arranged separately.
  • the required amount of melt is dosed into the mold chamber of the die casting mold manually or automatically using a dosing furnace or scooping device.
  • the hot chamber process the melt is pressed into a warm die casting mold with a mold cavity.
  • a construction is provided that connects the furnace with the die-casting mold and is often called a casting vessel.
  • the die casting machine and holding furnace form one unit.
  • the document discloses the cold chamber method DE 10 2013 103 672 A1 a method for die-casting molded bodies having pores filled with gas from a die-cast alloy.
  • the liquid die-cast alloy is pressed together with the gas into a mold cavity which has a negative shape of the molded body.
  • the gas and the die-cast alloy are enclosed together in a casting cylinder without prior mixing.
  • a casting piston is advanced into the casting cylinder at such a high speed that the gas and the liquid die-cast alloy mix by the time they enter the mold cavity at the latest.
  • the casting piston is to be advanced in the casting cylinder at a speed selected in such a way that a turbulent flow of gas and liquid die-casting alloy is formed in the casting cylinder.
  • a pore-free die casting process and a device for carrying out the process are known.
  • Various measures are proposed to reduce pore formation in a die-casting hot chamber process. This includes, for example, flushing the mold cavity with a reactive gas.
  • the mold cavity is intended to be filled by a gooseneck and a mouthpiece, whereby in order to reduce the formation of pores, it is provided that non-reactive gas from the gooseneck and the mouthpiece is displaced by the casting material.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a molded body with gas-filled pores from a metallic material by means of hot chamber pressure casting, which method enables molded bodies with a modified pore structure to be produced.
  • a method for producing a molded body with gas-filled pores from a metallic material by means of hot chamber pressure die casting in which a pressure die with a mold cavity is provided which has a negative shape of a molded body to be produced.
  • the mold cavity is filled with a melt of a metallic material, the mold cavity being filled up to the end of the mold via a gate which is arranged between the mold cavity and a casting chamber. After the metallic material has solidified in the mold cavity, the molded body is removed from the die-casting mold.
  • the formation of a pore structure with gas-filled pores in the molded body is promoted and supported by the production of the molded body in the mold cavity free of a holding pressure phase or with a shortened holding pressure phase that is shorter than a solidification time of the melt in the gate.
  • a molded body with a closed pore structure is produced, in which the pores are gas-filled, in particular in the form of air pockets.
  • a closed-cell metal foam can be produced from which the shaped body is then formed.
  • Omitting or shortening the holding pressure phase customary in hot chamber die casting supports and promotes the formation of the gas-filled pores in a targeted manner in such a way that they enlarge.
  • the method proposed here specifically reinforces such casting defects in order to form the pore structure. Since the holding pressure phase is omitted or significantly shortened, the compression of the air inclusions is reduced or omitted, whereby the formation of the pore structure is promoted. If the holding pressure phase is used after filling the mold cavity, this can be shortened so that it ends in the gate before the melt solidifies. As a result, the briefly strongly compressed gas pores can partially relax again and press part of the poured melt back into the gate back into the casting chamber.
  • the previously applied casting pressure can remain at the same level as in an immediately preceding time segment of the filling.
  • the casting pressure is only maintained for a short time in order to then reduce it completely.
  • the shortened holding pressure phase can extend over a period of approximately 0.01 s to approximately 0.6 s.
  • the shortened holding pressure phase can extend over a period of approximately 0.1 s to approximately 0.3 s.
  • the gas-filled pores of the pore structure can be produced with the same pore size.
  • a majority of the pores (> 50%) can have a pore size of about 0.0mm to about 5mm
  • the gas-filled pores of the pore structure can be produced in accordance with a uniform pore distribution.
  • a zinc alloy, a magnesium alloy or an aluminum alloy can be used as the metallic material.
  • the zinc alloy ZnAl 4 Cu 1 can be processed.
  • the melt is free of turbulent flows in a first phase and, in a second phase, which follows the first phase, is introduced into the mold cavity with partial formation of turbulent flows.
  • the pore structure can be produced so as to completely cover a body volume of the shaped body.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an arrangement for hot chamber die casting.
  • a casting chamber 1 is arranged in a melting furnace 2.
  • a die casting mold 3 has a mold cavity 4 which is formed with a negative mold of a molded body 5 to be produced.
  • the melt of the metallic material for example a zinc melt, runs through filling bores 6 into the mold cavity 4.
  • the melt flows into the die casting mold 3 via risers 8 and nozzles 9.
  • the melt flows into the mold cavity 4 via distributors, channels and gates.
  • Fig. 1a shows the arrangement before the start of the casting process, the die casting mold 3 being open. According to Fig. 2 the die 3 is then closed to form the mold cavity 4, and the melt is introduced into the mold cavity 4. After solidification, the shaped body 5 can according to FIG Figure 1c demolded and ejected.
  • Fig. 2 shows a graphical representation for pressure and velocity curves of the casting piston.
  • the filling of the mold cavity 4 is usually divided into three phases.
  • a first phase the melt is slowly conveyed through distributors and channels until shortly before the gate in order to reduce turbulence (duration, for example, 0.5 to 1.0 s).
  • a second phase the mold cavity 4 is filled as quickly as possible in order to achieve complete mold filling with as little cold flow as possible (for example 5 to 50 ms).
  • the metallic material can no longer flow and the casting piston 7 stops abruptly.
  • This is known as a form filling (FFE).
  • Casting gases such as air, outgassing melt and / or evaporating Release agents are pressed together by the high, specific casting pressure and experience an enormous reduction in volume.
  • the specific casting pressure is, for example, 250 to 450 bar and is achieved by reducing the hydraulic system pressure from, for example, 100 to 150 bar.
  • the casting piston 7 remains under full casting pressure for, for example, 0.3 to 1.0 s. This time is called the holding pressure time (tN).
  • tN holding pressure time
  • the melt experiences a change in density, for example from 6.3 to 6.7 g / cm 3 in the case of a zinc melt, for example ZnAl 4 Cu 1 . This is accompanied by volume deficits, shrinkage porosity and / or the formation of cavities.
  • melt is replenished to a certain extent and the resulting shrinkage porosity is reduced.
  • the gate of the shaped body 5 has completely solidified, no further feeding is possible.
  • the remaining shrinkage porosity which takes place mainly in thick-walled, ultimately solidifying areas, cannot be compensated.
  • the holding pressure phase acts with full machine system pressure at least until the gate has completely solidified (see pressure curve I in Fig. 2 ).
  • the shaped body is produced by deliberately setting the holding pressure time (too) short so that the The holding pressure phase is specifically canceled as soon as the machine system pressure is generally full for a short time.
  • the time at which the holding pressure phase is interrupted can vary slightly depending on the cast part, but is usually always shortly before or shortly after the FFE is reached (see pressure curve II in Fig. 2 ).
  • the foam structure (pore structure) of the molded body achieved in this way generally has a relatively uniform size and distribution of pores.
  • the high flow velocity of the second phase creates a turbulent flow.
  • the casting gases are finely distributed and evenly mixed with the melt.
  • Due to the missing or almost missing holding pressure time the pores are not compressed at all or are compressed only very briefly.
  • the internal pressure of the pores is much closer to atmospheric pressure than to the specific casting pressure, which is why the pores take up a relatively large volume and thus form a foam structure.
  • the absolute amount of air (measured in grams) in a conventional die-cast part and in a die-cast part produced using the method described here is identical. Only the internal pressure of the pores or their degree of compression and thus their volume are different.
  • Fig. 3 shows moldings produced by means of hot chamber die casting in cross section for comparison (above: conventional method; below: method without / with a shortened holding pressure phase).
  • the short pressure impulse of the full machine system pressure ensures that the melt, for example a zinc melt, is pressed once hard against the shaping contour. This achieves good imaging accuracy and filling of thin areas.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen.
    • Hintergrund
  • Druckgussverfahren dienen zur Herstellung von Formkörpern mittels einer Druckgießmaschine. Es sind das Kaltkammer- und das Warmkammer-Verfahren bekannt. Beim Kaltkammer-Verfahren sind die Druckgießmaschine und der Ofen zum Bereitstellen der Schmelze des metallischen Werkstoffs stets getrennt angeordnet. Die erforderliche Schmelzmenge wird manuell oder automatisch per Dosierofen oder Schöpfgerät in die Formkammer der Druckgussform dosiert. Beim Warmkammer-Verfahren wird die Schmelze eine warme Druckgussform mit Formkavität gepresst. Unmittelbar in der Schmelze, die in einem Tiegel warm gehalten wird, ist eine Konstruktion vorgesehen, die den Ofen mit der Druckgussform verbindet und häufig Gießbehälter genannt wird. Üblicherweise bilden Druckgussmaschine und Warmhalteofen eine Einheit.
  • Zum Kaltkammer-Verfahren offenbart das Dokument DE 10 2013 103 672 A1 ein Verfahren zum Druckgießen von mit Gas gefüllten Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung. Die flüssige Druckgusslegierung mit zusammen mit dem Gas in eine Formkavität eingepresst, die eine Negativform des Formkörpers aufweist. Das Gas und die Druckgusslegierung werden ohne vorherige Vermischung zusammen in einem Gießzylinder eingeschlossen. Ein Gießkolben wird mit einer so hohen Geschwindigkeit in dem Gießzylinder vorgeschoben, dass sich das Gas und die flüssige Druckgusslegierung bis spätestens beim Eintritt in die Formkavität vermischen. In einer Ausführungsform soll der Gießkolben mit einer derart gewählten Geschwindigkeit in dem Gießzylinder vorgeschoben werden, dass sich eine turbulente Strömung aus Gas und flüssiger Druckgusslegierung in dem Gießzylinder ausbildet.
  • Aus dem Dokument DE 27 02 869 sind ein porenfreies Druckgussverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Zur Verminderung der Porenbildung bei einem Druckguss-Warmkammer-Verfahren sind verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen. Hierzu gehört beispielsweise, den Formhohlraum mit einem reaktionsfähigen Gas zu spülen. Der Formhohlraum soll durch einen Schwanenhals und ein Mundstück gefüllt werden, wobei zur Verminderung der Porenbildung hierbei vorgesehen ist, dass nicht reaktionsfähiges Gas aus dem Schwanenhals und dem Mundstück durch das Gießmaterial verdrängt wird.
  • Dokument DE 10 2006 010 084 B3 beschreibt eine beheizbare Dosiereinrichtung für eine Warmkammer-Druckgießmaschine
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen anzugeben, welches es ermöglicht, Formkörper mit geänderter Porenstruktur herzustellen.
  • Zur Lösung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen nach dem unabhängigen Anspruch 1 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen geschaffen, bei dem eine Druckgussform mit einer Formkavität bereitgestellt wird, die eine Negativform eines herzustellenden Formkörpers aufweist. Die Formkavität wird mit einer Schmelze eines metallischen Werkstoffs befüllt, wobei die Formkavität über einen Anschnitt, welcher zwischen der Formkavität und einer Gießkammer angeordnet ist, bis zum Formfüllende befüllt wird. Nach dem Erstarren des metallischen Werkstoffs in der Formkavität wird der Formkörper aus der Druckgussform entformt. Beim Herstellen des Formkörpers wird eine Ausbildung einer Porenstruktur mit gasgefüllten Poren in dem Formkörper gefördert und unterstützt, indem das Herstellen des Formkörpers in der Formkavität frei von einer Nachdruckphase oder mit einer verkürzten Nachdruckphase, die kürzer als eine Erstarrungszeit der Schmelze in dem Anschnitt ist.
  • Auf diese Weise ist ein Formkörper mit geschlossener Porenstruktur hergestellt, bei der die Poren gasgefüllt sind, insbesondere in Form von Lufteinschlüssen. Es kann ein geschlossenporiger Metallschaum hergestellt werden, aus dem der Formkörper dann gebildet ist.
  • Das Weglassen der beim Warmkammer-Druckgießen üblichen Nachdruckphase oder deren Verkürzung unterstützt und fördert gezielt das Ausbilden der gasgefüllten Poren, derart, dass sich diese vergrößern. Solche Lufteinschlüsse in kleinerer Form bilden beim Stand der Technik Gießfehler, die es dort möglichst zu vermeiden gilt. Das hier vorgeschlagene Verfahren verstärkt gezielt solche Gießfehler, um die Porenstruktur auszubilden. Da die Nachdruckphase entfällt oder deutlich verkürzt ist, wird die Kompression der Lufteinschlüsse gemindert oder unterbleibt, wodurch das Ausbilden der Porenstruktur gefördert wird. Wenn nach dem Befüllen der Formkavität die Nachdruckphase angewendet wird, so kann diese so verkürzt werden, dass sie vor dem Erstarren der Schmelze im Anschnitt endet. Hierdurch können sich die kurzzeitig stark komprimierten Gasporen wieder teilweise entspannen und einen Teil der eingegossenen Schmelze wieder in den Anschnitt zurück in die Gießkammer drücken.
  • Während der verkürzten Nachdruckphase kann der zuvor angewendete Gießdruck auf gleicher Höhe verbleiben wie in einem unmittelbar vorangehenden zeitlichen Abschnitt des Befüllens. Der Gießdruck wird jedoch nur kurzzeitig aufrechterhalten, um ihn dann vollständig zurückzunehmen.
  • Die verkürzte Nachdruckphase kann sich über einen Zeitraum von etwa 0,01s bis etwa 0.6s erstrecken.
  • Die verkürzte Nachdruckphase kann sich über einen Zeitraum von etwa 0,1s bis etwa 0.3s erstrecken.
  • Die gasgefüllten Poren der Porenstruktur können mit gleicher Porengröße hergestellt werden. Eine Mehrheit der Poren (>50%) kann eine Porengröße von etwa 0,0mm bis etwa 5mm aufweisen
  • Die gasgefüllten Poren der Porenstruktur können einer gleichmäßigen Porenverteilung entsprechend hergestellt werden.
  • Als metallischer Werkstoff kann eine Zinklegierung, eine Magnesiumlegierung oder eine Aluminiumlegierung verwendet werden. Zum Beispiel kann die Zinklegierung ZnAl4Cu1 verarbeitet werden.
  • Die Schmelze wird_beim Befüllen in einer ersten Phase frei von turbulenten Strömungen und in einer zweiten Phase, die sich an die erste Phase anschließt, unter teilweiser Ausbildung von turbulenten Strömungen in der Formkavität eingebracht.
  • Die Porenstruktur kann ein Körpervolumen des Formkörpers vollständig erfassend hergestellt werden.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1a bis 1c
    eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Warmkammer-Druckgießen;
    Fig. 2
    eine schematische grafische Darstellung zu den Kenngrößen Geschwindigkeit und Druck in Abhängigkeit vom Weg beziehungsweise der Zeit (Druck-Geschwindigkeitskurven einer Gießkolbens) für das Warmkammer-Druckgießen und
    Fig. 3
    eine vergleichende Darstellung von mittels Warmkammer-Druckgießen hergestellten Formkörpern im Querschnitt.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Warmkammer-Druckgießen. Eine Gießkammer 1 ist in einem Schmelzofen 2 angeordnet. Eine Druckgussform 3 weist eine Formkavität 4 auf, die mit einer Negativform eines herzustellenden Formkörpers 5 gebildet ist. Über Füllbohrungen 6 läuft die Schmelze des metallischen Werkstoffs, zum Beispiel eine Zinkschmelze, in die Formkavität 4. Hierzu wird ein Gießkolben 7, üblicherweise hydraulisch, nach unten bewegt, um die Schmelze aus der Gießkammer 1 in die Formkavität 4 zu verdrängen. Hierbei fließt die Schmelze über Steigleitungen 8 und Düsen 9 in die Druckgussform 3. In der Druckgussform 3 fließt die Schmelze über Verteiler, Kanäle und Anschnitt in die Formkavität 4.
  • Fig. 1a zeigt die Anordnung vor dem Beginn des Gießvorgangs, wobei die Druckgussform 3 geöffnet ist. Gemäß Fig. 2 wird die Druckgussform 3 dann zum Ausbilden der Formkavität 4 geschlossen, und die Schmelze wird in der Formkavität 4 eingebracht. Nachdem Erstarren kann der Formkörper 5 gemäß Fig. 1c entformt und ausgeworfen werden.
  • Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung für Druck- und Geschwindigkeitskurven des Gießkolbens.
  • Nachfolgend wird das Füllen der Formkavität mit der metallischen Schmelze im Einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert.
  • Die Füllung der Formkavität 4 unterteilt sich beim Warmkammer-Druckgussverfahren in der Regel in drei Phasen. In einer ersten Phase wird die Schmelze langsam über Verteiler und Kanäle bis kurz vor den Anschnitt gefördert, um Verwirbelungen zu verringern (Dauer zum Beispiel 0,5 bis 1,0 s). In einer zweiten Phase wird die Formkavität 4 so schnell wie möglich gefüllt, um eine komplette Formfüllung mit möglichst wenig Kaltfluss zu erreichen (zum Beispiel 5 bis 50 ms). Ist eine komplette Formfüllung erreicht, kann der metallische Werkstoff nicht mehr fließen, und der Gießkolben 7 bleibt abrupt stehen. Dies wird als Formfüllende (FFE) bezeichnet. Gießgase wie Luft, ausgasende Schmelze und / oder verdampfendes Trennmittel werden durch den hohen, spezifischen Gießdruck zusammengepresst und erfahren dadurch eine enorme Volumenverringerung. Der spezifische Gießdruck liegt zum Beispiel bei 250 bis 450 bar und wird durch Untersetzung des hydraulischen Systemdrucks von zum Beispiel 100 bis 150 bar erreicht.
  • Nach dem FFE beginnt die dritte Phase, die Nachdruckphase. Dazu verbleibt der Gießkolben 7 für zum Beispiel 0,3 bis 1,0 s unter vollem Gießdruck stehen. Diese Zeit nennt sich Nachdruckzeit (tN). Die Schmelze erfährt durch die Erstarrung eine Dichteänderung, zum Beispiel von 6,3 auf 6,7 g/cm3 im Fall einer Zinkschmelze, zum Beispiel ZnAl4Cu1. Damit gehen Volumendefizite, Schrumpfungsporosität und / oder Lunkerbildung einher. Durch den Nachdruck des Gießkolbens 7 wird bis zu einem gewissen Grad Schmelze nachgespeist und die entstehende Schrumpfungsporosität verringert. Sobald der Anschnitt des Formkörpers 5 komplett erstarrt ist, ist keine Nachspeisung mehr möglich. Die restliche Schrumpfungsporosität, die vor allem in dickwandigen, zuletzt erstarrenden Bereichen stattfindet, kann nicht kompensiert werden.
  • Durch die zwei beschriebenen Faktoren "Gießgase" und "Schrumpfungsporosität" erreichen konventionelle Druckgusswerkstücke nie die Normdichte von 6,7 g/cm3. Gut gefüllte Zinkdruckgusswerkstücke haben typischerweise eine Dichte von 6,4 bis 6,6 g/cm3. Eine Porosität von 1,5 bis 4,5 % ist damit prozessbedingt normal bzw. unvermeidbar (vgl. auch obere Darstellung in Fig. 3).
  • Um bei einem Druckgussteil gezielt eine Porosität mit Porenstruktur zu erreichen, ist vorgesehen, die Nachdruckphasen wegzulassen oder deren Dauer zu verkürzen. Es werden die im System befindlichen Gießgase ausgenutzt, um die Porenbildung zu fördern. Es findet eine gezielte Herbeiführung und Verstärkung des Gießfehlers "Porosität" durch ungenügende Verdichtung der Gießgase statt. Vorteile sind unter anderem, dass keine Fremdstoffe oder zusätzliche Technik / Steuerung benötigt werden und weder Taktzeit noch die Recyclingfähigkeit beeinträchtigt werden. Das Konzept basiert darauf, die prozessbedingte, unvermeidliche, geringe Porosität gezielt zu verstärken, so dass die große Anzahl von Poren eine Schaumstruktur bildet und eine signifikante Materialersparnis erreicht wird.
  • Beim bekannten ("optimalen") Druckguss im Warmkammer-Verfahren wirkt die Nachdruckphase mit vollem Maschinensystemdruck mindestens so lange, bis der Anschnitt komplett erstarrt ist (vgl. Druckkurve I in Fig. 2). Beim hier vorgeschlagenen Verfahren wird der Formkörper erzeugt, indem die Nachdruckzeit bewusst (zu) kurz eingestellt wird, so dass die Nachdruckphase gezielt abgebrochen wird, sobald kurzzeitig der i.d.R. volle Maschinensystemdruck angelegen hat. Der Zeitpunkt zum Abbruch der Nachdruckphase kann je nach Gießteil leicht variieren, liegt i.d.R. aber immer kurz vor oder kurz nach Erreichen des FFE (vgl. Druckkurve II in Fig. 2).
  • Die so erreichte Schaumstruktur (Porenstruktur) des Formkörpers weist in der Regel relativ gleichmäßige Größe und Verteilung von Poren auf. Die hohe Fließgeschwindigkeit der zweiten Phase erzeugt eine turbulente Strömung. In Folge dessen sind die Gießgase fein verteilt und gleichmäßig mit der Schmelze vermischt. Durch die fehlende oder fast fehlende Nachdruckzeit werden die Poren nicht oder kaum oder nur kurzzeitig komprimiert. Der Innendruck der Poren liegt sehr viel näher am atmosphärischen Druck als am spezifischen Gießdruck, weshalb die Poren ein verhältnismäßig großes Volumen einnehmen und dadurch eine Schaumstruktur bilden. Die absolute Luftmenge (gemessen in Gramm) in einem konventionellen Druckgussteil und in einem Druckgussteil, welches nach dem hier beschriebenen Verfahrens hergestellt ist, ist identisch. Lediglich der Innendruck der Poren bzw. ihr Kompressionsgrad und damit ihr Volumen sind unterschiedlich. Fig. 3 zeigt zum Vergleichen mittels Warmkammer-Druckgießen hergestellten Formkörper im Querschnitt (oben: herkömmliches Verfahren; unten: Verfahren ohne / mit verkürzter Nachdruckphase).
  • Der kurze Druckimpuls des vollen Maschinensystemdrucks sorgt dafür, dass die Schmelze, zum Beispiel eine Zinkschmelze, einmal stark gegen die formgebende Kontur gepresst wird. Hierdurch werden eine gute Abbildungsgenauigkeit sowie Füllung dünner Bereiche erreicht.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers (5) mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen, mit den folgenden Schritten:
    - Bereitstellen einer Druckgussform (3) mit einer Formkavität (4), die eine Negativform eines herzustellenden Formkörpers (5) aufweist;
    - Befüllen der Formkavität (4) mit einer Schmelze eines metallischen Werkstoffs, wobei die Formkavität (4) über einen Anschnitt, welcher zwischen der Formkavität (4) und einer Formkörper (1) angeordnet ist, bis zum Formfüllende befüllt wird und wobei die Schmelze hierbei in einer ersten Phase frei von turbulenten Strömungen bis kurz vor den Anschnitt gefördert wird und in einer zweiten Phase, die sich an die erste Phase anschließt, unter teilweiser Ausbildung von turbulenten Strömungen in der Formkavität (4) eingebracht wird;
    - Erstarren des metallischen Werkstoffs in der Formkavität (4); und
    - Entformen des Formkörpers (5) aus der Druckgussform (3);
    wobei eine Ausbildung einer Porenstruktur mit gasgefüllten Poren in dem Formkörper (5) gefördert wird, indem das Herstellen des Formkörpers (5) in der Formkavität (4) frei von einer Nachdruckphase oder mit einer verkürzten Nachdruckphase ausgeführt wird, die kürzer als eine Erstarrungszeit der Schmelze in dem Anschnitt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verkürzte Nachdruckphase sich über einen Zeitraum von etwa 0,01 s bis etwa 0.6 s erstreckt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verkürzte Nachdruckphase sich über einen Zeitraum von etwa 0,1 s bis etwa 0.3 s erstreckt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gasgefüllten Poren der Porenstruktur mit gleicher Porengröße hergestellt werden.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper (1) vor Beginn des Befüllens der Formkavität (4) vollständig mit der Schmelze befüllt wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als metallischer Werkstoff eine Zinklegierung, eine Magnesiumlegierung oder eine Aluminiumlegierung verwendet wird.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porenstruktur ein Körpervolumen des Formkörpers (5) vollständig erfassend hergestellt wird.
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