EP4223432A1 - Giessform zum kokillengiessen - Google Patents

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Publication number
EP4223432A1
EP4223432A1 EP22210998.5A EP22210998A EP4223432A1 EP 4223432 A1 EP4223432 A1 EP 4223432A1 EP 22210998 A EP22210998 A EP 22210998A EP 4223432 A1 EP4223432 A1 EP 4223432A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mold
casting
insert
component
cast
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22210998.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Findeisen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4223432A1 publication Critical patent/EP4223432A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • 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
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/24—Accessories for locating and holding cores or inserts

Definitions

  • the present invention relates to a mold for permanent mold casting. Furthermore, the invention relates to a method for producing a mold for permanent mold casting and a method for permanent mold casting of components.
  • Molds for chill casting are known, with a chill mold being used as a permanent mold.
  • the mold determines the shape of the component to be cast. If components with undercuts and/or cavities are to be cast, the use of casting cores, which can be made of sand, for example, is also known. Alternatively or additionally, molds with slides are used. Such a slide is pulled out of the undercut or cavity after the component has solidified, so that the component can be demoulded.
  • the molds usually require a very complex and cost-intensive manufacture, since in particular for components with different geometries, different molds that have been adapted accordingly are required.
  • the object is achieved by a casting mold according to claim 1, by a method for producing a casting mold according to claim 10, and by a method for permanent mold casting according to claim 14.
  • the casting mold according to the invention comprises a permanent mold and an insert.
  • the insert is arranged inside the mold.
  • the insert and a partial area of the permanent mold jointly shape an outer contour of a component to be cast by means of the casting mold.
  • the casting mold is designed in two parts with the mold and with the additional insert part, which is arranged in the mold.
  • Mold and insert are preferably connected to one another, in particular so that the insert is immovably attached to the mold.
  • the insert part determines part of the outer contour of the component to be cast. The remaining part of the outer contour of the component to be cast is determined by the mold.
  • the insert is preferably responsible for shaping at least 50%, preferably at least 70%, of the outer contour of the component to be cast.
  • a surface of the component to be cast that is accessible from the outside is considered to be the outer contour of the component to be cast.
  • the outer contour preferably defines maximum outer dimensions of the component to be cast.
  • the component to be cast can additionally have an inner contour which has a cavity in the component to be cast, ie an inner contour which is not accessible from the outside.
  • the casting mold according to the invention offers the advantage that it can be produced in a particularly simple and cost-effective manner and can be used in a simple and cost-effective manner for casting components of different geometries. Due to the fact that the insert is used in the mold, which is partly responsible for the shape of the outer contour of the component to be cast, a mold with a simple geometry that can be produced cost-effectively can also be used for complex component geometries. For example, a mold with a simple trough shape, preferably with a cuboid casting cavity, can be used. Areas of the component to be cast with a more complex external geometry can be represented by the insert. This has the advantage that the insert can be manufactured separately from the mold. For example, cost-effective methods for producing the insert can thus be used.
  • the casting mold can be easily adapted to different geometries of the components to be cast by using a different insert part with the same mold geometry.
  • the casting mold is therefore also suitable in particular for the production of small series components with high flexibility of the component geometry and low costs per component and casting mold to be produced.
  • At least 30%, preferably at least 50%, of an entire surface of the insert is preferably in contact with the mold.
  • the remaining portion of the surface of the insert determines the shape of the component to be cast.
  • Insert and mold are preferred in surface contact with each other, that is, the mold has one or more flat walls on which the insert is arranged.
  • the insert part is particularly preferably a 3D printed component constructed in layers.
  • This means that the insert has a layered structure which is produced in particular by means of 3D printing.
  • the insert with a complex geometry can thus be produced in a simple and cost-effective manner.
  • different inserts can be provided in a particularly simple manner for different components to be cast, since, for example, only an adaptation of the raw data for the 3D printing is required in the production of the inserts.
  • inserts with particularly low tolerances in their geometry can be provided.
  • the insert is preferably designed as a lost molded part.
  • a lost mold part is considered to be a part of the casting mold that can only be used for a single casting operation, such as a lost core.
  • a separate production of a corresponding insert is necessary for each component to be cast.
  • ribs and/or struts and/or grooves and/or wall thickenings can be produced on the component to be cast in a simple manner.
  • the insert is made of a ceramic material, preferably sand.
  • the insert is designed similar to a sand core, which allows complex geometries to be manufactured easily and cost-effectively.
  • this can be produced by means of binder jetting, for example.
  • the casting mold particularly preferably also comprises a casting core.
  • the casting core determines the inner contour of the component to be cast.
  • the casting core is designed in such a way that the inner contour forms a cavity in the component to be cast.
  • an open or alternatively closed cavity in the component to be cast is regarded as a hollow space. Areas of the component to be cast can thus be formed by the casting core, which in relation to a demolding direction after casting have undercuts. As a result, components with complex geometries can be manufactured in a simple and cost-effective manner.
  • the insert and the casting core are preferably designed together as a one-piece molded part.
  • the common molded part made up of the insert part and the casting core can thereby be arranged in the mold in a single step. A simple and cost-effective production of the casting mold can thus be made possible.
  • the one-piece molded part can preferably be formed from a number of insert parts and/or a number of casting cores.
  • the one-piece molded part is particularly preferably produced as an integral component by means of 3D printing.
  • the mold is preferably designed without slides. That is, the mold has no slide.
  • the mold has exclusively rigid or immovable walls that define a casting cavity in which the insert is arranged and into which the melt is poured. A particularly simple and cost-effective mold can thus be provided.
  • the mold preferably has at least one slide.
  • the at least one slide is set up to form, for example locally, an undercut in the component to be cast.
  • a slide can also simplify loading the mold with the insert and/or enable the insert to be held down.
  • the mold preferably has a casting cavity in which the insert is arranged.
  • the casting cavity can be embodied in the shape of a trough.
  • the casting cavity preferably has a cuboid shape. A mold with a particularly simple geometry can thus be provided.
  • the casting mold particularly preferably also comprises a support core.
  • the support core is set up to hold the casting core relative to the mold.
  • the support core can, for example, be provided exclusively for the support effect of the casting core.
  • the support core can also have a shaping effect for part of the component to be cast.
  • freely hanging areas of the casting core can thus be supported with the support core in order to ensure high mechanical stability of the casting core during the casting process.
  • the insert part is preferably produced by means of 3D printing.
  • so-called “binder jetting” can be carried out as 3D printing, in which a binder is applied in layers to a powdery material that is applied in layers, in particular by means of a print head, in order to produce the insert in layers.
  • a binder is applied in layers to a powdery material that is applied in layers, in particular by means of a print head, in order to produce the insert in layers.
  • an insert with a complex geometry can be produced in a particularly simple and cost-effective manner.
  • inserts with different geometries can be produced in a simple manner, since 3D printing, for example, does not require negative molds of the insert or the like.
  • the method particularly preferably also includes the step of producing a casting core.
  • the casting core is manufactured in such a way that it gives shape to an inner contour of the component to be cast.
  • the casting core is particularly preferably designed to shape the inner contour in such a way that the inner contour has a cavity in the component to be cast. That is, the casting core is provided to form the cavity in the component to be cast.
  • the casting core is preferably arranged inside the mold after it has been produced.
  • the production of the insert and the production of the casting core preferably take place in a single step.
  • the insert and the casting core are produced in such a way that the insert and the casting core are produced together as a one-piece molded part. This allows the method to be carried out particularly efficiently.
  • the two inserts differ in that one of the inserts is designed to form additional ribs and/or struts and/or grooves and/or thickened walls on the corresponding component to be cast.
  • figure 1 shows a sectional view of a mold 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the casting mold 1 comprises a permanent mold 2 and a molded part 3.
  • the mold 2 is designed as a permanent mold and is preferably made of a metal such as steel.
  • the mold 2 has a casting cavity 20 which is defined by walls 23 of the mold 2 and which is designed as a trough-shaped depression.
  • the casting cavity 20 has a cuboid shape.
  • a liquid melt for example made of aluminum or an aluminum alloy, is poured into the casting cavity 20 .
  • the component to be cast is a part of the mold 2, in detail an inner wall of the casting cavity 20, and in addition the molding 3 provided together.
  • the particularly simple trough-shaped geometry of the casting cavity 20 of the permanent mold 2 can be provided, while at the same time a complex 3D geometry of the component to be cast can be produced by the molded part 3 .
  • the mold 2 can be formed by the molded part 3 without a slide.
  • the molded part 3 is formed as a lost molded part from sand. That is, the molded part 3 is only used for exactly one casting process. After the melt has solidified in the casting mold 1, the molded part 3 is removed from the solidified material, for example by destroying it.
  • the molded part 3 is a 3D printed component which is produced by means of 3D printing.
  • the molded part 3 is built up in layers from the sand.
  • a molded part 3 with a complex geometry can be produced in a simple and efficient manner.
  • the molded part 3 has two areas that differ from one another, namely an insert 32 and a casting core 31.
  • the insert 32 and the casting core 31 are formed together as a one-piece component of the molded part 3. This means that the insert 32 and the casting core 31 are produced together in a single production step using 3D printing.
  • the insert 32 is in contact with the walls 23 of the mold 2. At least 30% of the surface of the insert 32 is in contact with the walls 23 of the mold 2. As a result, the insert 32 and a portion of the mold 2, namely those portions of the Walls 23 against which the insert 32 does not rest, shaping an outer contour of the component to be cast.
  • the casting core 31 gives shape to an inner contour of the component to be cast.
  • the casting core 31 is designed in such a way that the inner contour of the component to be cast has a cavity.
  • cylinder heads for internal combustion engines of vehicles can be cast by means of the casting mold 1 according to the invention.
  • the casting core 31 determines the shape of the inlet and outlet channels in the cylinder head.
  • figure 2 shows a sectional view of a molded part 3 according to the invention of a casting mold 1 according to a second embodiment of the invention.
  • the second embodiment corresponds essentially the first embodiment of the figure 1 , with the difference that the molded part 3 also has a support core 4 and supports 34 .
  • FIG. 3 Detailed views of the molding 3 of figure 2 are also in the Figures 3 and 4 shown, wherein the molded part 3 is shown without supports 34, and wherein figure 3 represents an exploded view.
  • the supports 34 are preferably made of the same material as the insert 32 and the casting core 31 and together with these elements as a one-piece component, ie to form the molded part 3 .
  • the supports 34 thereby increase the mechanical stability of the molded part 3.
  • the supports 34 reduce mechanical stresses on the casting core 31 and/or insert 32 that occur when the molded part 3 is being handled by additionally absorbing mechanical forces.
  • the support core 4 is preferably made of the same material as the insert 32 and the casting core 31, but is made as a separate component from the molded part 3 (see in particular figure 3 ).
  • the support core 4 can, for example, be arranged in the mold 2 before the molded part 3 is arranged in the latter.
  • the support core 4 is provided here in order to mechanically support the casting core 31 against a direction of a gravitational force in order to avoid damage to the casting core 31, for example.
  • the components can be cast with the casting molds 1 of all exemplary embodiments in such a way that the permanent mold 2 is reused, while a new molded part 3 is produced for each new component to be cast.
  • the fact that the molded part 3 is produced by means of 3D printing offers the advantage that different molded parts 3 can be used for successive casting processes in a simple and cost-effective manner. This is exemplified by the exemplary embodiments Figures 5 and 6 explained.
  • FIG 5 shows a sectional view of a casting mold 1 according to a third exemplary embodiment of the invention, only the casting core 31 of the molded part 3 being shown.
  • the third embodiment corresponds essentially to the first embodiment of FIG figure 1 , with the difference that the mold 2 is formed in two parts with a first mold half 21 and a second mold half 22.
  • the two mold halves 21, 22 are detachably fastened to each other.
  • the casting mold 1 can be assembled in a simplified manner, in particular by means of a simplified assembly of the molded part 3 in the mold 2 .
  • holders 35 are provided on the casting core 31, by means of which the casting core 31 is held in the mold 2, in detail at a contact surface between the two mold halves 21, 22.
  • figure 6 shows a sectional view of a mold 1 according to a fourth embodiment of the invention.
  • the fourth embodiment corresponds essentially to the third embodiment of FIG figure 5 , with the difference of an alternative casting core 31.
  • the casting mold 1 of figure 6 the same mold 2 the figure 5 .
  • Another component with an alternative geometry can be produced by replacing the casting core 31 .
  • a plurality of recesses are provided in the casting core 31 of the fourth exemplary embodiment, which are designed to produce grooves 6, ribs 7 and thickened walls 8 on the component to be cast.
  • such grooves 6, ribs 7, and wall thickenings 8 can be provided in order to make the corresponding component to be cast mechanically more stable.
  • the casting cores 31 of Figures 6 and 5 thus have different geometries, which can be provided particularly easily and inexpensively by 3D printing.
  • components in small series and/or individual components can be produced efficiently and at low cost using the casting mold 1 according to the invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Gießform zum Kokillengießen, umfassend: eine Kokille (2), und ein Einlegeteil (32), welches innerhalb der Kokille (2) angeordnet ist, wobei das Einlegeteil (32) gemeinsam mit einem Teilbereich der Kokille (2) formgebend für eine Außenkontur eines zu gießenden Bauteils ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform zum Kokillengießen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Gießform zum Kokillengießen, sowie ein Verfahren zum Kokillengießen von Bauteilen.
  • Bekannt sind Gießformen zum Kokillengießen, wobei eine Kokille als Dauerform verwendet wird. Die Kokille ist dabei formgebend für das zu gießende Bauteil. Wenn Bauteile mit Hinterschnitten und/oder Hohlräumen gegossen werden sollen, ist zudem die Verwendung von Gießkernen bekannt, welche beispielsweise aus Sand gebildet sein können. Alternativ oder zusätzlich werden Kokillen mit Schiebern verwendet. Ein derartiger Schieber wird nach dem Erstarren des Bauteils aus dem Hinterschnitt bzw. Hohlraum herausgezogen, sodass eine Entformung des Bauteils möglich ist. Die Kokillen erfordern üblicherweise eine sehr aufwändige und kostenintensive Fertigung, da insbesondere für Bauteile mit unterschiedlichen Geometrien auch entsprechend angepasste unterschiedliche Kokillen erforderlich sind.
  • Es ist daher eine Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Gießform zum Kokillengießen bereitzustellen, welche eine effiziente und kostengünstige Herstellung von Bauteilen unterschiedlicher Geometrien ermöglicht. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und kosteneffizientes Verfahren zur Herstellung einer Gießform bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kokillengießen von Bauteilen bereitzustellen, mit dem effizient und kostengünstig Bauteile unterschiedlicher Geometrien hergestellt werden können.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Gießform gemäß dem Anspruch 1, durch ein Verfahren zum Herstellen einer Gießform gemäß dem Anspruch 10, und durch ein Verfahren zum Kokillengießen gemäß dem Anspruch 14.
  • Die erfindungsgemäße Gießform umfasst eine Kokille und ein Einlegeteil. Das Einlegeteil ist innerhalb der Kokille angeordnet. Das Einlegeteil und ein Teilbereich der Kokille sind gemeinsam formgebend für eine Außenkontur eines mittels der Gießform zu gießenden Bauteils.
  • Mit anderen Worten ist die Gießform zweiteilig ausgebildet mit der Kokille und mit dem zusätzlichen Einlegeteil, das in der Kokille angeordnet ist. Bevorzugt sind Kokille und Einlegeteil miteinander verbunden, insbesondere sodass das Einlegeteil unbeweglich an der Kokille befestigt ist. Das Einlegeteil ist dabei formgebend für einen Teil der Außenkontur des zu gießenden Bauteils. Der restliche Teil der Außenkontur des zu gießenden Bauteils wird durch die Kokille bestimmt.
  • Bevorzugt ist das Einlegeteil für mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 70 %, der Außenkontur des zu gießenden Bauteils formgebend.
  • Als Außenkontur des zu gießenden Bauteils wird insbesondere eine von außen zugängliche Oberfläche des zu gießenden Bauteils angesehen. Bevorzugt definiert die Außenkontur maximale Außenabmessungen des zu gießenden Bauteils. Insbesondere kann das zu gießende Bauteil zusätzlich eine Innenkontur aufweisen, welche einen Hohlraum in dem zu gießenden Bauteil aufweist, das heißt eine Innenkontur, die nicht von außen zugänglich ist.
  • Die erfindungsgemäße Gießform bietet den Vorteil, dass diese besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist und auf einfache und kostengünstige Weise zum Gießen von Bauteilen unterschiedlicher Geometrien verwendet werden kann. Dadurch, dass das Einlegeteil in der Kokille verwendet wird, welches teilweise für die Außenkontur des zu gießenden Bauteils formgebend ist, kann auch bei komplexen Bauteilgeometrien eine Kokille mit einfacher und kostengünstig herstellbar Geometrie verwendet werden. Beispielsweise kann eine Kokille mit einfacher Wannenform, vorzugsweise mit quaderförmiger Gießkavität, verwendet werden. Bereiche des zu gießenden Bauteils mit komplexerer Außengeometrie können dabei durch das Einlegeteil abgebildet werden. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass das Einlegeteil separat zur Kokille gefertigt werden kann. Beispielsweise können somit kostengünstige Verfahren zur Herstellung des Einlegeteils verwendet werden. Zudem kann eine einfache Anpassung der Gießform an unterschiedliche Geometrien der zu gießenden Bauteile erfolgen, indem bei gleicher Kokillen-Geometrie ein anderes Einlegeteil verwendet wird. Die Gießform eignet sich somit insbesondere auch zur Herstellung von Kleinserien-Bauteilen mit hoher Flexibilität der Bauteilgeometrie beiden niedrigen Kosten pro herzustellenden Bauteil und Gießform.
  • Bevorzugt steht zumindest 30 %, bevorzugt zumindest 50 %, einer gesamten Oberfläche des Einlegeteils in Kontakt mit der Kokille. Insbesondere ist der restliche Anteil der Oberfläche des Einlegeteils formgebend für das zu gießende Bauteil. Bevorzugt stehen Einlegeteil und Kokille in einem Flächenkontakt zueinander, das heißt, die Kokille weist eine oder mehrere ebene Wände auf, an denen das Einlegeteil angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders einfache Geometrie der Kokille und ein einfacher Zusammenbau der Gießform ermöglicht werden, wodurch die Herstellungskosten der Gießform, sowie auch das Gießen von Bauteilen besonders kostengünstig ermöglicht werden kann.
  • Besonders bevorzugt ist das Einlegeteil ein schichtweise aufgebautes 3D-Druck-Bauteil. Das heißt, das Einlegeteil weist eine Schichtstruktur auf, welche insbesondere mittels 3D-Drucken hergestellt ist. Damit kann das Einlegeteil mit komplexer Geometrie auf einfache Weise und kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere können für verschiedene zu gießende Bauteile auf besonders einfache Weise unterschiedliche Einlegeteile bereitgestellt werden, da beispielsweise bei der Herstellung der Einlegeteile nur eine Anpassung der Rohdaten für den 3D-Druck erforderlich ist. Ferner können Einlegeteil mit besonders niedrigen Toleranzen in deren Geometrie bereitgestellt werden.
  • Vorzugsweise ist das Einlegeteil als verlorenes Formteil ausgebildet. Insbesondere wird als verlorenes Formteil ein Teil der Gießform angesehen, welche nur für einen einzigen Gießvorgang verwendet werden kann, beispielsweise wie ein verlorener Kern. Dadurch ist für jedes zu gießende Bauteil jeweils eine separate Herstellung eines entsprechenden Einlegeteils notwendig. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass für jedes zu gießende Bauteil individuell ein dessen Außenkontur formgebendes Einlegeteil hergestellt wird, wobei eine einfache und flexible Anpassung ermöglicht wird. Beispielsweise können auf einfache Weise Rippen und/oder Verstrebungen und/oder Nuten und/oder Wandverdickungen an dem zu gießenden Bauteil erzeugt werden.
  • Weiter bevorzugt ist das Einlegeteil aus einem keramischen Material, bevorzugt aus Sand, gebildet. Somit ist das Einlegeteil ähnlich einem Sandkern ausgebildet, wodurch eine einfache und kostengünstige Herstellung komplexer Geometrien ermöglicht wird. Im Falle eines 3D-Druck-Bauteils als Einlegeteil kann dieses beispielsweise mittels Binder Jetting hergestellt sein.
  • Besonders bevorzugt umfasst die Gießform ferner einen Gießkern. Der Gießkern ist formgebend für eine Innenkontur des zu gießenden Bauteils. Insbesondere ist der Gießkern derart ausgebildet, dass die Innenkontur einen Hohlraum in dem zu gießenden Bauteil bildet. Als Hohlraum wird insbesondere eine offene, oder alternativ geschlossene Kavität in dem zu gießenden Bauteil angesehen. Durch den Gießkern können somit Bereiche des zu gießenden Bauteils ausgebildet werden, welche in Bezug auf eine Entformungsrichtung nach dem Gießen Hinterschneidungen aufweisen. Dadurch können Bauteile mit komplexen Geometrien auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden.
  • Vorzugsweise sind das Einlegeteil und der Gießkern gemeinsam als ein einstückiges Formteil ausgebildet. Insbesondere kann das gemeinsame Formteil aus Einlegeteil und Gießkern dadurch in einem einzigen Schritt in der Kokille angeordnet werden. Somit kann eine einfache und kostengünstige Herstellung der Gießform ermöglicht werden. Bevorzugt kann das einstückige Formteil aus mehreren Einlegeteilen und/oder mehreren Gießkernen gebildet sein. Besonders bevorzugt wird das einstückige Formteil als ein integrales Bauteils mittels 3D-Drucken hergestellt.
  • Bevorzugt ist die Kokille schieberlos ausgebildet. Das heißt, die Kokille weist keinen Schieber auf. Insbesondere weist die Kokille ausschließlich starre bzw. unbewegliche Wände auf, die eine Gießkavität definieren, in der das Einlegeteil angeordnet ist und in die die Schmelze eingegossen wird. Damit kann eine besonders einfache und kostengünstige Kokille bereitgestellt werden.
  • Alternativ bevorzugt weist die Kokille mindestens einen Schieber auf. Insbesondere ist der mindestens eine Schieber eingerichtet, um, beispielsweise lokal, einen Hinterschnitt in dem zu gießenden Bauteil auszubilden. Beispielsweise kann ein Schieber auch eine Bestückung der Kokille mit dem Einlegeteil vereinfachen und/oder ein Niederhalten des Einlegeteils ermöglichen.
  • Vorzugsweise weist die Kokille eine Gießkavität auf, in welcher das Einlegeteil angeordnet ist. Insbesondere kann die Gießkavität wannenförmig ausgebildet sein. Bevorzugt weist die Gießkavität eine Quaderform auf. Somit kann eine Kokille mit besonders einfacher Geometrie bereitgestellt werden.
  • Besonders bevorzugt umfasst die Gießform ferner einen Stützkern. Der Stützkern ist eingerichtet, um den Gießkern relativ zur Kokille zu halten. Der Stützkern kann beispielsweise ausschließlich zur Stützwirkung des Gießkerns vorgesehen sein. Alternativ kann der Stützkern zusätzlich eine formgebende Wirkung für einen Teil des zu gießenden Bauteil aufweisen. Insbesondere können mit dem Stützkern somit frei hängende Bereiche des Gießkerns abgestützt werden, um eine hohe mechanische Stabilität des Gießkerns während des Gießverfahrens sicherzustellen.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Gießform zum Kokillengewiesen. Vorzugsweise wird mittels des Verfahrens die oben beschriebene Gießform hergestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    • Bereitstellen einer Kokille,
    • Herstellen eines Einlegeteils, und
    • Anordnen des Einlegeteils innerhalb der Kokille.
    Dabei wird das Einlegeteil derart hergestellt, dass das Einlegeteil gemeinsam mit einem Teilbereich der Kokille formgebend für eine Außenkontur des zu gießenden Bauteils ist. Das Verfahren erlaubt somit bei einfacher und kostengünstiger Durchführbarkeit eine Herstellung von Gießformen, die auch komplexe Bauteilgeometrien abbilden können.
  • Bevorzugt wird das Herstellen des Einlegeteils mittels 3D-Drucken durchgeführt. Beispielsweise kann als 3D-Drucken ein sogenanntes "Binder Jetting" durchgeführt werden, bei dem auf ein pulverförmiges Material, das schichtweise aufgetragen wird, schichtweise ein Bindemittel insbesondere mittels eines Druckkopfes, aufgebracht wird, um schichtweise das Einlegeteil herzustellen. Dadurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein Einlegeteil mit komplexer Geometrie erstellt werden. Zudem können bei ansonsten gleich bleibenden aufeinanderfolgenden Gießvorgängen auf einfache Weise Einlegeteile mit unterschiedlichen Geometrien hergestellt werden, da beim 3D-Drucken beispielsweise keine Negativformen des Einlegeteils oder dergleichen erforderlich sind.
  • Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Herstellen eines Gießkerns. Der Gießkern wird dabei derart hergestellt, dass dieser formgebend für eine Innenkontur des zu gießenden Bauteils ist. Besonders bevorzugt ist der Gießkern derart formgebend für die Innenkontur ausgebildet, dass die Innenkontur einen Hohlraum in dem zu gießenden Bauteil aufweist. Das heißt, der Gießkern ist vorgesehen, um den Hohlraum in dem zu gießenden Bauteil zu bilden. Vorzugsweise wird der Gießkern nach dessen Herstellung innerhalb der Kokille angeordnet. Dadurch können Bauteile mit besonders komplexen Geometrien, wie beispielsweise mit Hinterschneidungen, auf einfache Weise und kostengünstig gegossen werden.
  • Vorzugsweise erfolgt das Herstellen des Einlegeteils und das Herstellen des Gießkerns in einem einzigen Schritt. Einlegeteil und Gießkern werden dabei derart hergestellt, dass das Einlegeteil und der Gießkern gemeinsam als ein einstückiges Formteil hergestellt werden. Dadurch kann eine besonders effiziente Durchführung des Verfahrens ermöglicht werden.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kokillengießen von Bauteilen, insbesondere mittels einer oben beschriebenen Gießform. Das Verfahren zum Kokillengießen umfasst die Schritte:
    • Herstellen einer Gießform mittels des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen einer Gießform, und
    • Gießen des Bauteils.
    Vorzugsweise werden Bauteile aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gegossen. Das Verfahren eignet sich dabei insbesondere zur kostengünstigen Herstellung von Bauteilen mit komplexen Geometrien in Kleinserien, da beispielsweise Geometrievariationen von nacheinander mittels der Gießform gegossenen Bauteilen besonders einfach durchführbar sind.
  • Bevorzugt umfasst das Verfahren zum Kokillengießen die Schritte:
    • Herstellen einer ersten Gießform, welche eine erste Kokille und ein erstes Einlegeteil aufweist,
    • Gießen eines ersten Bauteils mittels der ersten Gießform,
    • Entformen des ersten Bauteils von der ersten Gießform,
    • Herstellen einer zweiten Gießform, welche die erste Kokille und ein zweites Einlegeteil aufweist,
    • Gießen eines zweiten Bauteils mittels der zweiten Gießform, und
    • Entformen des zweiten Bauteils von der zweiten Gießform.
    Insbesondere weisen dabei das erste Einlegeteil und das zweite Einlegeteil unterschiedliche Geometrien auf. Mit anderen Worten werden zwei voneinander unterschiedliche Bauteile mittels jeweiliger Gießformen gegossen, wobei die erste Kokille für die zweite Gießform wiederverwendet wird. Das heißt, das Herstellen der zweiten Gießform erfolgt mittels Wiederverwenden der ersten Gießform und durch Bereitstellen eines zweiten Einlegeteils, welches insbesondere vom ersten Einlegeteil unterschiedlich sein kann. Dadurch können besonders einfach und kostengünstig Bauteile mit unterschiedlichen Geometrien gegossen werden, wobei durch Wiederverwenden der ersten Kokille nur ein Teil der Gießform neu hergestellt bzw. angepasst werden muss. Dadurch dass die Einlegeteile beispielsweise mittels 3D-Drucken kostengünstig und einfach mit flexiblen Geometrie hergestellt werden können, kann die Anpassung der Geometrien besonders einfach erfolgen, beispielsweise indem nur die für den 3D-Druck verwendeten CAD-Daten der zu druckenden Einlegeteile angepasst werden.
  • Besonders bevorzugt unterscheiden sich die beiden Einlegeteile dadurch, dass eines der Einlegeteile so ausgebildet ist, um zusätzliche Rippen und/oder Verstrebungen und/oder Nuten und/oder Wandverdickungen an dem entsprechenden zu gießenden Bauteil auszubilden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen genauer erläutert. Hierzu zeigen:
    • Figur 1
    eine Schnittansicht einer Gießform gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 2
    eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Formteils einer Gießform gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 3
    eine perspektivische Detailansicht des Formteils der Figur 3,
    Figur 4
    eine weitere Detailansicht des Formteils der Figur 3,
    Figur 5
    eine Schnittansicht einer Gießform gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
    Figur 6
    eine Schnittansicht einer Gießform gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Gießformen 1 zum Kokillengießen beschrieben. Dabei wird auf die Figuren 1 bis 6 Bezug genommen. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind stets mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer Gießform 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Gießform 1 umfasst eine Kokille 2 und ein Formteil 3.
  • Die Kokille 2 ist als Dauerform ausgebildet, und vorzugsweise aus einem Metall, wie beispielsweise Stahl, gebildet. Die Kokille 2 weist eine Gießkavität 20 auf, welche durch Wände 23 der Kokille 2 definiert ist, und welche als wannenförmige Vertiefung ausgebildet ist. Insbesondere weist die Gießkavität 20 eine Quaderform auf.
  • In die Gießkavität 20 wird zum Gießen des herzustellenden Bauteils eine flüssige Schmelze eingegossen, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
  • Für eine Formgebung, das heißt eine Definition der Bauteilgeometrie, des zu gießenden Bauteils ist ein Teil der Kokille 2, im Detail eine Innenwand der Gießkavität 20, sowie zusätzlich das Formteil 3 gemeinsam vorgesehen. Dadurch kann die besonders einfache wannenförmige Geometrie der Gießkavität 20 der Kokille 2 bereitgestellt werden, wobei gleichzeitig durch das Formteil 3 eine komplexe 3D-Geometrie des zu gießenden Bauteils erzeugt werden kann. Zudem kann die Kokille 2 durch das Formteil 3 schieberlos ausgebildet werden.
  • Das Formteil 3 ist dabei als verlorenes Formteil aus einem Sand gebildet. Das heißt, das Formteil 3 wird nur für genau einen einzigen Gießvorgang verwendet. Nach dem Erstarren der Schmelze in der Gießform 1 wird das Formteil 3 beispielsweise durch Zerstören aus dem erstarrten Material entfernt.
  • Das Formteil 3 ist ein 3D-Druck-Bauteil, welches mittels 3D-Drucken hergestellt wird. Hierbei wird das Formteil 3 schichtweise aus dem Sand aufgebaut. Dadurch kann auf einfache und effiziente Weise ein Formteil 3 mit komplexer Geometrie erzeugt werden.
  • Das Formteil 3 weist zwei voneinander unterschiedliche Bereiche auf, nämlich ein Einlegeteil 32 und einen Gießkern 31. Einlegeteil 32 und Gießkern 31 sind dabei gemeinsam als ein einstückiges Bauteil zu dem Formteil 3 ausgebildet. Das heißt, Einlegeteil 32 und Gießkern 31 werden gemeinsam in einem einzigen Herstellungsschritt mittels 3D-Drucken hergestellt.
  • Das Einlegeteil 32 steht in Kontakt mit den Wänden 23 der Kokille 2. Dabei stehen mindestens 30 % der Oberfläche des Einlegeteils 32 in Kontakt mit den Wänden 23 der Kokille 2. Dadurch sind das Einlegeteil 32 und ein Teilbereich der Kokille 2, nämlich diejenigen Teilbereiche der Wände 23, an denen das Einlegeteil 32 nicht anliegt, formgebend für eine Außenkontur des zu gießenden Bauteils.
  • Der Gießkern 31 ist formgebend für eine Innenkontur des zu gießenden Bauteils. Dabei ist der Gießkern 31 so ausgebildet, dass die Innenkontur des zu gießenden Bauteils einen Hohlraum aufweist.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Gießform 1 können beispielsweise Zylinderköpfe für Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen, wie beispielsweise Personenkraftwagen, gegossen werden. Der Gießkern 31 ist dabei unter anderem formgebend für Einlass- und Auslasskanäle in dem Zylinderkopf.
  • Figur 2 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Formteils 3 einer Gießform 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der Figur 1, mit dem Unterschied, dass das Formteil 3 zusätzlich einen Stützkern 4 sowie Abstützungen 34 aufweist.
  • Detailansichten des Formteils 3 der Figur 2 sind außerdem in den Figuren 3 und 4 dargestellt, wobei das Formteil 3 jeweils ohne Abstützungen 34 dargestellt ist, und wobei Figur 3 eine Explosionsansicht darstellt.
  • Die Abstützungen 34 sind vorzugsweise aus demselben Material wie Einlegeteil 32 und Gießkern 31 und gemeinsam mit diesen Elementen als ein einstückiges Bauteil, also zu dem Formteil 3, ausgebildet. Die Abstützungen 34 erhöhen dabei eine mechanische Stabilität des Formteils 3. Insbesondere verringern die Abstützungen 34 beim Handling des Formteils 3 auftretende mechanische Belastungen von Gießkern 31 und/oder Einlegeteil 32 durch zusätzliche Aufnahme von mechanischen Kräften.
  • Der Stützkern 4 ist vorzugsweise aus demselben Material wie Einlegeteil 32 und Gießkern 31 ausgebildet, jedoch als ein separates Bauteil zum Formteil 3 ausgebildet (vergleiche insbesondere Figur 3). Der Stützkern 4 kann beispielsweise vor dem Anordnen des Formteils 3 in der Kokille 2 in dieser angeordnet werden. Der Stützkern 4 ist dabei vorgesehen, um den Gießkern 31 entgegen einer Richtung einer Gravitationskraft mechanisch abzustützen, um beispielsweise Beschädigungen des Gießkerns 31 zu vermeiden.
  • Das Gießen der Bauteile kann mit den Gießformen 1 sämtlicher Ausführungsbeispiele derart erfolgen, dass die Kokille 2 wiederverwendet wird, während für jedes neue zu gießende Bauteil ein neues Formteil 3 hergestellt wird. Dadurch, dass das Formteil 3 mittels 3D-Drucken hergestellt wird, bietet sich der Vorteil, dass auf einfache und kostengünstige Weise unterschiedliche Formteile 3 für aufeinanderfolgende Gießvorgänge verwendet werden können. Dies wird beispielhaft anhand der Ausführungsbeispiele Figuren 5 und 6 erläutert.
  • Figur 5 zeigt eine Schnittansicht einer Gießform 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei von dem Formteil 3 nur der Gießkern 31 dargestellt ist. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der Figur 1, mit dem Unterschied, dass die Kokille 2 zweiteilig ausgebildet ist mit einer ersten Formhälfte 21 und einer zweiten Formhälfte 22. Die beiden Formhälften 21, 22, sind dabei lösbar aneinander befestigbar. Dadurch kann ein vereinfachtes zusammenbauen der Gießform 1 insbesondere durch eine vereinfachte Montage des Formteils 3 in der Kokille 2, erfolgen.
  • Im dritten Ausführungsbeispiel der Figur 5 sind außerdem Halterungen 35 am Gießkern 31 vorgesehen, mittels welchen der Gießkern 31 in der Kokille 2, im Detail an einer Kontaktfläche zwischen den beiden Formhälfte 21, 22 gehalten wird.
  • Figur 6 zeigt eine Schnittansicht einer Gießform 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel der Figur 5, mit dem Unterschied eines alternativen Gießkerns 31. Insbesondere umfasst die Gießform 1 der Figur 6 dieselbe Kokille 2 der Figur 5. Durch Austausch des Gießkerns 31 kann ein weiteres Bauteil mit einer alternativen Geometrie erzeugt werden. Dabei sind im Gießkern 31 des vierten Ausführungsbeispiels im Unterschied zum Gießkern 31 des dritten Ausführungsbeispiels mehrere Aussparungen vorgesehen, welche dazu eingerichtet sind, um Nuten 6, Rippen 7, und Wandverdickungen 8 an dem zu gießenden Bauteil zu erzeugen. Beispielsweise können derartige Nuten 6, Rippen 7, und Wandverdickungen 8 vorgesehen werden, um das entsprechende zu gießende Bauteil mechanisch stabiler auszugestalten.
  • Die Gießkerne 31 der Figuren 6 und 5 weisen somit unterschiedliche Geometrien auf, welche durch das 3D-Drucken besonders einfach und kostengünstig bereitgestellt werden können. Somit können insbesondere Bauteile in Kleinserien und/oder Einzelbauteile mit der erfindungsgemäßen Gießform 1 mit niedrigen Kosten und effizient hergestellt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gießform
    2
    Kokille
    3
    Formteil
    4
    Stützkern
    6
    Nuten
    7
    Rippen
    8
    Verdickung
    20
    Gießkavität
    21
    erste Formhälfte
    22
    zweite Formhälfte
    23
    Wände
    31
    Gießkern
    32
    Einlegeteil
    34
    Abstützung
    35
    Halterungen

Claims (15)

  1. Gießform zum Kokillengießen, umfassend:
    - eine Kokille (2), und
    - ein Einlegeteil (32), welches innerhalb der Kokille (2) angeordnet ist,
    - wobei das Einlegeteil (32) gemeinsam mit einem Teilbereich der Kokille (2) formgebend für eine Außenkontur eines zu gießenden Bauteils ist.
  2. Gießform nach Anspruch 1, wobei zumindest 30%, bevorzugt zumindest 40%, einer Oberfläche des Einlegeteils (32) in Kontakt mit der Kokille (2) steht.
  3. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegeteil (32) ein schichtweise aufgebautes 3D-Druck-Bauteil ist.
  4. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegeteil (32) als verlorenes Formteil ausgebildet ist.
  5. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegeteil (32) aus einem keramischen Material, insbesondere aus Sand, gebildet ist.
  6. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Gießkern (31), der formgebend für eine Innenkontur des zu gießenden Bauteils ist, insbesondere derart, dass die Innenkontur einen Hohlraum in dem zu gießenden Bauteil aufweist.
  7. Gießform nach Anspruch 6, wobei das Einlegeteil (32) und der Gießkern (31) gemeinsam als ein einstückiges Formteil (3) ausgebildet sind.
  8. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kokille (2) schieberlos ausgebildet ist, oder wobei die Kokille (2) mindestens einen Schieber aufweist.
  9. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Stützkern (4), welcher eingerichtet ist, den Gießkern (3) relativ zur Kokille (2) zu halten.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Gießform (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
    - Bereitstellen einer Kokille (2),
    - Herstellen eines Einlegeteils (32), und
    - Anordnen des Einlegeteils (32) innerhalb der Kokille (2),
    - wobei das Einlegeteil (32) derart hergestellt wird, dass das Einlegeteil (32) gemeinsam mit einem Teilbereich der Kokille (2) formgebend für eine Außenkontur des zu gießenden Bauteils ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Herstellen des Einlegeteils (32) mittels 3D-Drucken erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend den Schritt:
    - Herstellen eines Gießkerns (31),
    - wobei der Gießkern (31) derart hergestellt wird, dass dieser formgebend für eine Innenkontur des zu gießenden Bauteils ist, insbesondere derart, dass die Innenkontur einen Hohlraum in dem zu gießenden Bauteil aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Herstellen des Einlegeteils (32) und das Herstellen des Gießkerns (31) in einem einzigen Schritt erfolgt, sodass das Einlegeteil (32) und der Gießkern (31) gemeinsam als ein einstückiges Formteil (3) hergestellt werden.
  14. Verfahren zum Kokillengießen von Bauteilen, insbesondere mittels einer Gießform (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die Schritte:
    - Herstellen einer Gießform (1) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 13, und
    - Gießen des Bauteils.
  15. Verfahren zum Kokillengießen nach Anspruch 14, umfassend die Schritte:
    - Herstellen einer ersten Gießform (1), welche eine erste Kokille (2) und ein erstes Einlegeteil (32) aufweist,
    - Gießen eines ersten Bauteils mittels der ersten Gießform (1),
    - Entformen des ersten Bauteils von der ersten Gießform (1),
    - Herstellen einer zweiten Gießform (1), welche die erste Kokille (2) und ein zweites Einlegeteil (32) aufweist,
    - Gießen eines zweiten Bauteils mittels der zweiten Gießform (1), und
    - Entformen des zweiten Bauteils von der zweiten Gießform.
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