EP4549050A1 - Druckgusswerkzeug sowie druckgussverfahren zur herstellung eines rohgussrads - Google Patents

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EP4549050A1
EP4549050A1 EP24208930.8A EP24208930A EP4549050A1 EP 4549050 A1 EP4549050 A1 EP 4549050A1 EP 24208930 A EP24208930 A EP 24208930A EP 4549050 A1 EP4549050 A1 EP 4549050A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
die
casting
casting tool
boosters
radial
Prior art date
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Pending
Application number
EP24208930.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Hummel
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.)
Audi AG
Original Assignee
Audi 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 Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of EP4549050A1 publication Critical patent/EP4549050A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/28—Moulds for peculiarly-shaped castings for wheels, rolls, or rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B22D15/005—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor of rolls, wheels or the like
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    • 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
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B22D17/2069—Exerting after-pressure on the moulding material
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    • 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
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    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/02—Pressure casting making use of mechanical pressure devices, e.g. cast-forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/09—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure
    • B22D27/11—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using pressure making use of mechanical pressing devices

Definitions

  • the invention relates to a die-casting tool according to the preamble of claim 1 and a die-casting method according to the preamble of claim 10.
  • a raw cast wheel can be produced using a die casting process. After production, the raw cast wheel is further processed into a vehicle wheel.
  • the mold is filled using a central sprue with a filling direction from a wheel hub via spokes radially outwards to a front flange and from there axially via a rim well to a rear flange.
  • the advantage of die casting is the ability to cast thin walls very closely to the contour. This minimizes material usage, conserves resources, and reduces production costs by reducing the amount of machining required for the raw cast wheel.
  • the ideal filling direction is from thick wall thicknesses to thin wall thicknesses. In this case, the melt accelerates increasingly, which helps avoid casting defects such as pre-solidification, solidification cavities, and porosity.
  • DE 10 2020 100 702 A1 A generic method for producing a motor vehicle rim made of aluminum for a motor vehicle wheel is known.
  • DE 10 2016 104 019 B3 A device for producing a casting, in particular a wheel rim, by means of a die-casting process is known. The device has a lower base plate, an upper vertically movable plate, and four horizontally movable side parts or side sliders.
  • DE 10 2017 125 634 A1 A casting device for producing a light alloy wheel rim is known. The casting device has a base plate, a stamp, and side shifters. During the casting process, the stamp is used to recompact the material to prevent voids.
  • US 2016 368 043 A1 A device for die-casting a wheel is known. The device comprises a tool with a lower part, an upper part, and four side parts.
  • the object of the invention is to provide a die-casting tool and a die-casting method for producing a raw cast wheel in which solidification cavities in the raw cast wheel can be avoided in a simple manner compared to the prior art.
  • the invention is based on a die-casting tool for producing a raw cast wheel.
  • the mold is filled by means of a central sprue with a filling direction from a wheel hub via spokes radially outwards to a front flange and from there axially via a rim well to a rear flange.
  • solidification cavities in the raw cast wheel are avoided as follows:
  • the die-casting tool has a number of These can locally compact the casting material in the rear horn area during the casting process. This local compaction displaces the not yet solidified casting material in the rear horn partial cavity over a flow path in the wheel's circumferential direction. This ensures that the casting material is distributed evenly and without shrinkage cavities in the wheel's circumferential direction.
  • the booster can be a booster piston.
  • the booster piston can retract into a displacement chamber of a rear horn partial cavity of the die casting tool in a booster stroke, building up local pressure.
  • the number of boosters comprises a group of radial boosters and a group of axial boosters.
  • the radial boosters are arranged radially outside the rear horn partial cavity of the die casting tool. In this case, the radial boosters can act on the rear horn partial cavity via a radial booster piston stroke.
  • the axial boosters are arranged axially next to the rear horn partial cavity of the die casting tool, i.e., preferably at right angles to the radial boosters.
  • the axial boosters can act on the rear horn partial cavity of the die casting tool via an axial booster piston stroke. Due to the different points of action of the axial and radial boosters, a void-free material quality in the area of the rear horn can be ensured in a process-technically advantageous manner.
  • the axial booster compressors and the radial booster compressors are arranged in series, alternating one behind the other in the wheel circumferential direction and are offset from each other by pitch distances.
  • a spacer can be arranged centrally between two adjacent booster compressors (for example Example radial boosters) at least one booster of the second group (for example an axial booster) can be arranged.
  • the outer flank of the rear rim forms the rear side of the wheel, while the inner flank of the rear rim forms an inner corner area with the rim well.
  • the radial booster can act directly on the inner corner area between the inner flank of the rear rim and the rim well.
  • the axial booster can act on the outer flank of the rear rim.
  • the casting process according to the invention can be divided into the following casting phases:
  • a build-up phase a casting piston in the sprue area of the die casting tool is first adjusted by one build-up stroke in order to fill the sprue of the casting tool with casting material.
  • a mold filling phase follows.
  • the casting piston of the die casting tool is adjusted by one filling stroke so that the cavity of the die casting tool can be filled with liquid casting material.
  • the filling process can take place in just a few milliseconds.
  • a holding pressure phase begins, in which the casting piston is adjusted by one holding pressure stroke so that the not yet solidified casting material in the cavity is compacted to avoid solidification cavities.
  • the holding pressure phase cannot take effect in the thick-walled rear horn because the melt has already solidified in the area of the thin-walled rim base.
  • the casting process according to the invention has a post-compaction phase.
  • the post-compaction devices are used to compact the unsolidified casting material in the posterior horn cavity.
  • the post-compaction phase can be performed simultaneously with the holding pressure phase or delayed.
  • the pressure die casting process according to the invention can preferably be carried out using a three-plate pressure die casting tool.
  • This consists of a fixed mold half and a movable mold half as well as an intermediate floating mold half.
  • the fixed mold half and the Floating mold halves form a central sprue area through which the melt is filled into the cavity.
  • the cavity is in turn formed between the floating mold half and the movable mold half.
  • the movable mold half is divided into a base body and radially outer slides.
  • the base body of the movable mold half has a rotationally symmetric, radially inner mold surface that defines the cavity from the inside.
  • the radially outer slides together form a rotationally symmetric, radially outer mold surface that defines the cavity from the outside.
  • the boosters are integrated into the mold halves as follows to optimize installation space: the radial boosters can be guided with adjustable strokes in the radially outer slides.
  • the axial boosters on the other hand, can be guided with adjustable strokes in the base body of the movable mold half.
  • FIG. 1 Shown is a raw cast wheel 1 produced in a die-casting process according to the invention, which was manufactured in the die-casting tool described with reference to the following figures.
  • the raw cast wheel 1 has a central hub 3, which is closed by a hub cap 5.
  • Spokes 7 are formed on the central wheel hub 3 and terminate radially outwardly at a front flange 9.
  • the front flange 9 merges in the axial direction into a thin-walled rim base 11, which extends to a thick-walled rear flange 13.
  • the raw cast wheel 1 has on a rear horn outer flank 15 ( Figure 2 ) has an axially projecting, sleeve-shaped material dome 19. Similarly, a further radially outwardly projecting sleeve-shaped material dome 17 is formed on the inner corner region between the rear flange inner flank 14 and the rim base 11.
  • the material domes 17, 19 were created by a subsequent compaction according to the invention during the casting process. In a post-processing step (not shown), both the material domes 17, 19 and the hub cap 5 are removed from the raw cast wheel 1.
  • the die-casting tool for producing the raw cast wheel 1 is in the Figure 3 with a closed tool cavity 20 is indicated to the extent necessary for understanding the invention. Accordingly, the die casting tool is realized as a three-plate die casting tool, which is formed from a fixed mold half 21 and a movable mold half 23 as well as a floating mold half 25 arranged axially between them.
  • the fixed mold half 21 and the floating mold half 25 form a sprue area with a vertical sprue 27, a horizontal sprue 28 and a filling chamber 29. This is delimited by a horizontally adjustable casting piston 31.
  • the horizontal sprue 28 opens into the tool cavity 20. This is in the Figure 2 formed between the floating mold half 25 and the movable mold half 23.
  • the movable mold half 23 is divided into a base body 33 and a total of four radially outer slides 35, of which two opposing slides 35 are shown.
  • the base body 33 of the movable mold half 23 forms a rotationally symmetrical, radially inner mold surface that delimits the cavity 20 from the inside.
  • the radially outer slides 35 together form a rotationally symmetrical, radially outer mold surface that delimits the cavity 20 from the outside.
  • a core of the invention is that booster pistons 37, 39 are guided in a stroke-adjustable manner both in the slides 35 and in the base body 33 of the movable mold half 23.
  • the booster pistons 37, 39 are grouped into radial booster pistons 39 and axial booster pistons 37.
  • the radial booster pistons 39 are in the Figure 3 guided in the slides 35 with radially adjustable stroke, while the axial booster pistons 37 are guided in the base body 33 with axially adjustable stroke.
  • the radial booster pistons 39 can be moved into a displacement chamber 41 ( Figure 4 ) of the rear horn partial cavity, under local pressure build-up.
  • the axial and radial booster pistons 37, 39 are each arranged in series in the wheel circumferential direction, spaced apart from one another by pitches.
  • the axial boosters 39 and the radial boosters 37 can be arranged alternately one behind the other in the wheel circumferential direction. In this way, at least one radial booster 39 can be positioned between two adjacent axial boosters 37.
  • a casting process for producing the raw cast wheel 1 shown in Figure 1 is explained below by way of example. Accordingly, the casting process according to the invention is divided into the following four casting phases: In a build-up phase, the casting piston 31 is moved via a build-up stroke, whereby the liquid casting material 42 in the vertical sprue 27 ( Figure 3 ) rises to an upper edge at the transition to the horizontal runner 28. This is followed by a mold filling phase in which the casting piston 31 is further adjusted via a mold filling stroke in order to fill the cavity 20 with the liquid casting material 42. A holding pressure phase is then initiated in which the Pouring piston 31 is adjusted by one holding pressure stroke in order to compensate for solidification shrinkage in the cavity 20.
  • the holding pressure phase does not act in the rear horn partial cavity, since in the area of the thin-walled rim base 11 there is already solidified casting material 44 ( Figure 5 or 6 ) is formed.
  • the inventive post-compaction phase is carried out.
  • the axial and radial post-compaction pistons 37, 39 move into the displacement chambers 41, 43 of the rear horn partial cavity of the die-casting tool, building up local pressure ( Figure 6).
  • the raw cast wheel 1 is also produced porosity-free in the rear horn region.
  • FIG. 7 1 shows an example of a raw cast wheel 1 in a perspective view from the rear. Accordingly, a total of sixteen axially projecting material domes 19 are formed on the rear horn outer flank 15, while a total of eight radially projecting material domes 17 are formed in the inner corner area between the rear horn inner flank 14 and the rim base 11. With such a distribution of the material domes 17, 19, the die-casting tool must have a total of sixteen axial booster pistons 37 and eight radial booster pistons 39. Between two adjacent radial booster pistons 39, two axial booster pistons 37 are positioned in pairs, as can be seen from the material dome arrangement of the Figure 7 Therefore, two radial booster pistons 39 can be installed in each of the four slide valves 35.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein zur Herstellung eines Rohgussrads (1), bei dem eine Formfüllung mittels eines zentralen Angusses in einer Füllrichtung von einer Radnabe (3) über Speichen (7) radial nach außen zu einem Vorderhorn (9) sowie von dort axial über ein Felgenbett (11) zu einem Hinterhorn (13) erfolgt. Erfindungsgemäß weist das Druckgusswerkzeug im Bereich des Hinterhorns (13) zumindest einen, insbesondere eine Anzahl von in Radumfangsrichtung verteilten Nachverdichtern (37, 39) auf, die im Gießprozess das Gießmaterial (42) im Bereich des Hinterhorns (13) verdichten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Druckgusswerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Druckgussverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 10.
  • Ein Rohgussrad ist in einem Druckgussprozess herstellbar. Nach erfolgter Herstellung wird das Rohgussrad zu einem Fahrzeugrad weiterverarbeitet. In dem Druckgussprozess erfolgt eine Formfüllung mittels eines zentralen Angusses mit einer Füllrichtung von einer Radnabe über Speichen radial nach außen zu einem Vorderhorn sowie von dort axial über ein Felgenbett zu einem Hinterhorn. Der Vorteil von Druckguss besteht in der Möglichkeit, dünne Wandstärken sehr konturnah zu gießen. Das minimiert den Materialeinsatz, schont Ressourcen und reduziert den Fertigungsaufwand durch geringeren Zerspanungsaufwand des Rohgussrads. Ideal ist es im Druckguss, in der Füllrichtung von dicken Wandstärken zu dünnen Wandstärken zu füllen. In diesem Fall beschleunigt die Schmelze immer mehr, wodurch Gießfehler, wie Vorerstarrungen, Erstarrungslunker und Porositäten vermieden werden können.
  • Beim Druckgießen eines Rohgussrads besteht die folgende Problematik: Beim Füllvorgang bewegt sich die Fließfront von dem dünnwandigen Felgenbett zum dickwandigen Hinterhorn. Bei einer solchen Fließrichtung vom dünnwandigen Felgenbett zum dickwandigen Hinterhorn entstehen im Hinterhorn Erstarrungslunker. Eine im Gießprozess durchgeführte Nachdruckphase kann im dickwandigen Hinterhorn nicht wirken, da die Schmelze im Bereich dünnwandigen Felgenbetts bereits erstarrt ist und daher keine Kompaktierung im Bereich des Hinterhorns mehr ermöglicht ist. Aus diesem Grund ist es im Stand der Technik nicht möglich, ein porositätsfreies Fahrzeugrad im Bereich des Hinterhorns zu produzieren.
  • Aus der DE 10 2020 100 702 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Kraftwagenfelge aus Aluminium für ein Kraftfahrzeugrad bekannt. Aus der DE 10 2016 104 019 B3 ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gussteils, insbesondere Radfelge, mittels eines Druckgießprozesses bekannt. Die Vorrichtung weist eine untere Grundplatte, eine obere vertikale bewegliche Platte sowie vier horizontal bewegliche Seitenteile bzw. Seitenschieber auf. Aus der DE 10 2017 125 634 A1 ist eine Gießvorrichtung zum Herstellen einer Leichtmetallfelge bekannt. Die Gießvorrichtung weist eine Grundplatte, einen Stempel sowie Seitenschieber auf. Im Zuge eines Gießprozesses erfolgt ein Nachverdichten über den Stempel zur Vermeidung von Lunkern. Aus der US 2016 368 043 A1 ist eine Vorrichtung zum Druckgießen eines Rades bekannt. Die Vorrichtung weist ein Werkzeug mit einem Unterteil, einem Oberteil sowie vier Seitenteilen auf.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Druckgusswerkzeug sowie ein Druckgussverfahren zur Herstellung eines Rohgussrads bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise Erstarrungslunker im Rohgussrad vermieden werden können.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung geht von einem Druckgusswerkzeug zur Herstellung eines Rohgussrads aus. Im Druckgussprozess erfolgt eine Formfüllung mittels eines zentralen Angusses mit einer Füllrichtung von einer Radnabe über Speichen radial nach außen zu einem Vorderhorn sowie von dort axial über ein Felgenbett zu einem Hinterhorn. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 werden Erstarrungslunker im Rohgussrad wie folgt vermieden: Das Druckgusswerkzeug weist im Bereich des Hinterhorns eine Anzahl von in Radumfangsrichtung verteilten Nachverdichtern auf. Diese können im Gießprozess das Gießmaterial im Bereich des Hinterhorns lokal verdichten. Durch die lokale Verdichtung wird das noch nicht erstarrte Gießmaterial in der Hinterhorn-Teilkavität über eine Fließstrecke in Radumfangsrichtung verdrängt. Dadurch verteilt sich das Gießmaterial in Radumfangsrichtung gleichmäßig sowie lunkerfrei.
  • In einer technischen Umsetzung kann der Nachverdichter ein Nachverdichter-Kolben sein. Der Nachverdichter-Kolben kann während einer Nachverdichtungsphase im Gießprozess in einem Nachverdichter-Hub bis in einen Verdrängungsraum einer Hinterhorn-Teilkavität des Druckgusswerkzeugs unter lokalem Druckaufbau einfahren.
  • Bevorzugt ist es, wenn eine Anzahl von Nachverdichtern gleichmäßig umfangsverteilt in der Radumfangsrichtung positioniert sind. Die Anzahl von Nachverdichtern weist eine Gruppe von radialen Nachverdichtern und eine Gruppe von axialen Nachverdichtern auf. Die radialen Nachverdichter sind radial außerhalb der Hinterhorn-Teilkavität des Druckgusswerkzeugs angeordnet. In diesem Fall können die radialen Nachverdichter über einen radialen Nachverdichter-Kolbenhub auf die Hinterhorn-Teilkavität einwirken. Demgegenüber sind die axialen Nachverdichter axial neben der Hinterhorn-Teilkavität des Druckgusswerkzeugs angeordnet, das heißt bevorzugt rechtwinklig zu den radialen Nachverdichtern. Die axialen Nachverdichter können über einen axialen Nachverdichter-Kolbenhub auf die Hinterhorn-Teilkavität des Druckgusswerkzeugs einwirken. Aufgrund der unterschiedlichen Angriffspunkte der axialen sowie radialen Nachverdichter kann prozesstechnisch günstig eine lunkerfreie Materialbeschaffenheit im Bereich des Hinterhorns gewährleistet werden.
  • Hierzu ist es bevorzugt, wenn die axialen Nachverdichter und die radialen Nachverdichter in Reihe abwechselnd hintereinander in Radumfangsrichtung angeordnet sowie über Teilungsabstände voneinander versetzt sind. Beispielhaft kann mittig zwischen zwei benachbarten Nachverdichtern (zum Beispiel radialen Nachverdichtern) zumindest ein Nachverdichter der zweiten Gruppe (zum Beispiel ein axialer Nachverdichter) angeordnet sein.
  • In einer konkreten Ausführungsvariante bildet das Hinterhorn mit seiner Außenflanke eine Rad-Rückseite und spannt das Hinterhorn mit seiner Innenflanke zusammen mit dem Felgenbett einen Inneneckbereich auf. In diesem Fall kann der radiale Nachverdichter unmittelbar auf den Inneneckbereich zwischen Hinterhorn-Innenflanke und Felgenbett einwirken. Demgegenüber kann der axiale Nachverdichter auf die Hinterhorn-Außenflanke einwirken.
  • Der erfindungsgemäße Gießprozess ist in die folgenden Gießphasen unterteilbar: In einer Aufstauphase wird zunächst wird zunächst ein Gießkolben im Angussbereich des Druckgusswerkzeugs um einen Aufstau-Hub verstellt, um den Angusskanal des Gusswerkzeugs mit Gießmaterial zu füllen. Nach der Aufstauphase erfolgt eine Formfüllphase. In der Formfüllphase wird der Gießkolben des Druckgusswerkzeugs um einen Füllhub verstellt, damit die Kavität des Druckgusswerkzeugs mit flüssigem Gießmaterial gefüllt werden kann. Der Füllvorgang kann in wenigen Millisekunden erfolgen. Nach dem Füllvorgang startet eine Nachdruckphase, in der der Gießkolben um einen Nachdruckhub verstellt wird, damit das in der Kavität befindliche, noch nicht erstarrte Gießmaterial kompaktiert wird, um Erstarrungslunker zu vermeiden. Die Nachdruckphase kann im dickwandigen Hinterhorn nicht wirken, da die Schmelze bereits im Bereich des dünnwandigen Felgenbetts erstarrt ist. Vor diesem Hintergrund weist der erfindungsgemäße Gießprozess eine Nachverdichtungsphase auf. In der Nachverdichtungsphase kommen die Nachverdichter zum Einsatz, um das in der Hinterhorn-Teilkavität befindliche, noch nicht erstarrte Gießmaterial zu kompaktieren. Die Nachverdichtungsphase kann gleichzeitig mit der Nachdruckphase oder zeitlich verzögert zur Nachdruckphase durchgeführt werden.
  • Das erfindungsgemäße Druckgussverfahren kann bevorzugt mit Hilfe eines Drei-Platten-Druckgusswerkzeugs durchgeführt werden. Dieses besteht aus einer festen Formhälfte und einer beweglichen Formhälfte sowie einer zwischengeordneten schwimmenden Formhälfte. Die feste Formhälfte und die schwimmende Formhälfte bilden einen zentralen Angussbereich aus, über den die Schmelze in die Kavität gefüllt wird Die Kavität ist wiederum zwischen der schwimmenden Formhälfte und der beweglichen Formhälfte gebildet.
  • Die bewegliche Formhälfte ist in einen Grundkörper sowie in radial äußere Schieber unterteilt. Der Grundkörper der beweglichen Formhälfte weist eine rotationssymmetrische, radial innere Formfläche auf, die die Kavität von Innen begrenzt. Demgegenüber bilden die radial äußeren Schieber zusammen eine rotationssymmetrische, radial äußere Formfläche, die die Kavität von außen begrenzt. Die Nachverdichter sind bauraumgünstig wie folgt in den Formhälften integriert: so können die radialen Nachverdichter in den radial äußeren Schiebern hubverstellbar geführt sein. Die axialen Nachverdichter können dagegen im Grundkörper der beweglichen Formhälfte hubverstellbar geführt sein.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 bis 7
    jeweils unterschiedliche Ansichten, anhand derer der Aufbau des Druckgusswerkzeugs sowie das Druckgussverfahren beschrieben sind.
  • In der Figur 1 ist ein in einem erfindungsgemäßen Druckgussprozess hergestelltes Rohgussrad 1 gezeigt, das in dem anhand der nachfolgenden Figuren beschriebenen Druckgusswerkzeug hergestellt worden ist. Das Rohgussrad 1 weist eine zentrale Nabe 3 auf, die über eine Nabenkappe 5 geschlossen ist. An der zentralen Radnabe 3 sind Speichen 7 angeformt, die radial außen an einem Vorderhorn 9 abschließen. Das Vorderhorn 9 geht in Axialrichtung in ein dünnwandiges Felgenbett 11 über, das sich bis zu einem dickwandigen Hinterhorn 13 erstreckt.
  • Das Rohgussrad 1 weist an einer, die Rad-Rückseite bildenden Hinterhorn-Außenflanke 15 (Figur 2) einen axial abragenden hülsenförmigen Materialdom 19 auf. In gleicher Weise ist auch am Inneneckbereich zwischen Hinterhorn-Innenflanke 14 und dem Felgenbett 11 ein weiterer radial nach außen abragender hülsenförmiger Materialdom 17 angeformt. Die Materialdome 17, 19 wurden bei einer erfindungsgemäßen Nachverdichtung während des Gießprozesses erzeugt. In einem nicht gezeigten Nachbearbeitungsschritt werden sowohl die Materialdome 17, 19 als auch die Nabenkappe 5 von dem Rohgussrad 1 entfernt.
  • Das Druckgusswerkzeug zur Herstellung des Rohgussrads 1 ist in der Figur 3 mit einer geschlossenen Werkzeugkavität 20 insoweit angedeutet, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demnach ist das Druckgusswerkzeug als ein Drei-Platten-Druckgusswerkzeug realisiert, das aus einer festen Formhälfte 21 und einer beweglichen Formhälfte 23 sowie einer in Axialrichtung zwischengeordneten schwimmenden Formhälfte 25 ausgebildet ist. Die feste Formhälfte 21 und die schwimmende Formhälfte 25 bilden einen Angussbereich mit einem vertikalen Angusskanal 27, einem horizontalen Angusskanal 28 und einer Füllkammer 29. Diese ist von einem horizontal verstellbaren Gießkolben 31 begrenzt. Der horizontale Angusskanal 28 mündet in die Werkzeugkavität 20. Diese ist in der Figur 2 zwischen der schwimmenden Formhälfte 25 und der beweglichen Formhälfte 23 gebildet.
  • In der Figur 3 ist die bewegliche Formhälfte 23 unterteilt in einen Grundkörper 33 und in insgesamt vier radial äußere Schieber 35, von denen zwei gegenüberliegende Schieber 35 gezeigt sind. Der Grundkörper 33 der beweglichen Formhälfte 23 bildet eine rotationssymmetrische, radial innere Formfläche, die die Kavität 20 von innen begrenzt. Demgegenüber bilden die radial äußeren Schieber 35 gemeinsam eine rotationssymmetrische, radial äußere Formfläche, die die Kavität 20 von außen begrenzt.
  • Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass sowohl in den Schiebern 35 als auch im Grundkörper 33 der beweglichen Formhälfte 23 Nachverdichter-Kolben 37, 39 hubverstellbar geführt sind. Die Nachverdichter-Kolben 37, 29 sind in radiale Nachverdichter-Kolben 39 und in axiale Nachverdichter-Kolben 37 gruppiert. Die radialen Nachverdichter-Kolben 39 sind in der Figur 3 radial hubverstellbar in den Schiebern 35 geführt, während die axialen Nachverdichter-Kolben 37 axial hubverstellbar im Grundkörper 33 geführt sind. Die radialen Nachverdichter-Kolben 39 können im Gießprozess in einen Verdrängungsraum 41 (Figur 4) der Hinterhorn-Teilkavität einfahren, und zwar unter lokalem Druckaufbau. Entsprechend können im Gießprozess die axialen Nachverdichter-Kolben 37 in einen Verdrängungsraum 43 (Figur 4) der Hinterhorn-Teilkavität unter lokalem Druckaufbau einfahren. Dadurch bilden sich die in der Figur 1 oder 2 gezeigten hülsenartigen Materialdome 17, 19. Mittels der Verstellbewegung der Nachverdichter-Kolben 37, 39 erfolgt in der Hinterhorn-Teilkavität ein lokaler Druckaufbau. Durch den lokalen Druckaufbau wird das noch nicht erstarrte Gießmaterial 42 (Figur 5 oder 6) in der Hinterhorn-Teilkavität über Fließstrecken in Radumfangsrichtung verdrängt, so dass sich das Gießmaterial 42 in Radumfangsrichtung gleichmäßig sowie lunkerfrei verteilt.
  • Die axialen sowie radialen Nachverdichter-Kolben 37, 39 sind jeweils in Reihe in Radumfangsrichtung voneinander über Teilungsabstände beabstandet verteilt. Beispielhaft können die axialen Nachverdichter 39 und die radialen Nachverdichter 37 abwechselnd hintereinander in Radumfangsrichtung angeordnet sein. Auf diese Weise kann zwischen zwei benachbarten axialen Nachverdichtern 37 zumindest ein radialer Nachverdichter 39 positioniert sein.
  • Nachfolgend wird beispielhaft ein Gießprozess zur Herstellung des in der Figur 1 gezeigten Rohgussrads 1 erläutert. Demnach ist der erfindungsgemäße Gießprozess in die folgenden vier Gießphasen unterteilt: In einer Aufstauphase wird der Gießkolben 31 über einen Aufstau-Hub bewegt, wodurch das flüssige Gießmaterial 42 im vertikalen Angusskanal 27 (Figur 3) bis zu einer Oberkante am Übergang zum horizontalen Angusskanal 28 ansteigt. Danach folgt eine Formfüllphase, in der der Gießkolben 31 über einen Formfüllhub weiter verstellt wird, um die Kavität 20 mit dem flüssigen Gießmaterial 42 zu füllen. Anschließend wird eine Nachdruckphase eingeleitet, in der der Gießkolben 31 um einen Nachdruckhub verstellt wird, um eine Erstarrungsschrumpfung in der Kavität 20 auszugleichen.
  • Die Nachdruckphase wirkt jedoch nicht in der Hinterhorn-Teilkavität, da im Bereich des dünnwandigen Felgenbettes 11 bereits erstarrtes Gießmaterial 44 (Figur 5 oder 6) gebildet ist. Damit auch in der Hinterhorn-Teilkavität eine Kompaktierung erfolgt, wird die erfindungsgemäße Nachverdichtungsphase durchgeführt. In der Nachverdichtungsphase fahren die axialen und radialen Nachverdichter-Kolben 37, 39 in die Verdrängungsräume 41, 43 der Hinterhorn-Teilkavität des Druckgusswerkzeugs unter lokalem Druckaufbau ein (Figur 6). Dadurch wird das Rohgussrad 1 auch im Hinterhorn-Bereich porositätsfrei hergestellt ist.
  • In der Figur 7 ist beispielhaft ein Rohgussrad 1 in einer perspektivischen Ansicht von hinten gezeigt. Demnach sind an der Hinterhorn-Außenflanke 15 insgesamt sechszehn axial abragende Materialdome 19 angeformt, während im Inneneckbereich zwischen Hinterhorn-Innenflanke 14 und Felgenbett 11 insgesamt acht radial abragende Materialdome 17 angeformt sind. Bei einer solchen Verteilung der Materialdome 17, 19 muss das Druckgusswerkzeug insgesamt sechzehn axiale Nachverdichter-Kolben 37 und acht radiale Nachverdichter-Kolben 39 aufweisen. Zwischen zwei benachbarten radialen Nachverdichter-Kolben 39 sind jeweils paarweise zwei axiale Nachverdichter-Kolben 37 positioniert, wie aus der Materialdom-Anordnung der Figur 7 hervorgeht. Von daher können in jedem der insgesamt vier Schieber 35 jeweils zwei radiale Nachverdichter-Kolben 39 verbaut sein.
    • BEZUGSZEICHENLISTE:
    • 1
    Rohgussrad
    3
    Nabe
    5
    Nabenkappe
    7
    Speichen
    9
    Vorderhorn
    11
    Felgenbett
    13
    Hinterhorn
    14
    Hinterhorn-Innenflanke
    15
    Hinterhorn-Außenflanke
    17
    hülsenförmiger Materialdom
    19
    hülsenförmiger Materialdom
    20
    Kavität
    21
    feste Formhälfte
    23
    bewegliche Formhälfte
    25
    schwimmende Formhälfte
    27
    vertikaler Angusskanal
    28
    horizontaler Angusskanal
    29
    Füllkammer
    31
    Gießkolben
    33
    Grundkörper
    35
    Schieber
    37
    axialer Nachverdichter-Kolben
    39
    radialer Nachverdichter-Kolben
    41
    Verdrängungsraum
    42
    flüssiges Gießmaterial bzw. Schmelze
    43
    Verdrängungsraum
    44
    erstarrtes Gießmaterial

Claims (10)

  1. Druckgusswerkzeug zur Herstellung eines Rohgussrads (1), bei dem eine Formfüllung mittels eines zentralen Angusses in einer Füllrichtung von einer Radnabe (3) über Speichen (7) radial nach außen zu einem Vorderhorn (9) sowie von dort axial über ein Felgenbett (11) zu einem Hinterhorn (13) erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Vermeidung von Erstarrungslunkern das Druckgusswerkzeug im Bereich des Hinterhorns (13) eine Anzahl von in Radumfangsrichtung verteilten Nachverdichtern (37, 39) aufweist, die im Gießprozess das Gießmaterial (42) im Bereich des Hinterhorns (13) verdichten, und dass die Anzahl von Nachverdichtern eine Gruppe von radialen Nachverdichtern (39) und eine Gruppe von axialen Nachverdichtern (37) aufweist.
  2. Druckgusswerkzeug nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jeder der Nachverdichter (37, 39) ein Nachverdichter-Kolben ist, und dass der Nachverdichter-Kolben (37, 39) während einer im Gießprozess stattfindenden Nachverdichtungsphase in einen Verdrängungsraum (41, 43) einer Hinterhorn-Teilkavität des Druckgusswerkzeugs einfährt, und zwar unter lokalem Druckaufbau in der in der Hinterhorn-Teilkavität befindlichen Schmelze (42).
  3. Druckgusswerkzeug nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Gruppe von radialen Nachverdichtern (39) radial außerhalb der Hinterhorn-Teilkavität des Druckgusswerkzeugs angeordnet sind, und dass die radialen Nachverdichter (39) mit einem radialen Nachverdichter-Kolbenhub auf die Hinterhorn-Teilkavität einwirken, und dass die Gruppe von axialen Nachverdichtern (37) axial neben der Hinterhorn-Teilkavität des Druckgusswerkzeugs angeordnet sind, das heißt rechtwinklig zu den radialen Nachverdichtern (37), und dass die axialen Nachverdichter (39) mit einem axialen Nachverdichter-Kolbenhub auf die Hinterhorn-Teilkavität des Druckgusswerkzeugs einwirken.
  4. Druckgusswerkzeug nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die axialen Nachverdichter (37) und die radialen Nachverdichter (39) in Reihe abwechselnd hintereinander in Radumfangsrichtung angeordnet und über Teilungsabstände voneinander versetzt sind, so dass mittig zwischen zwei benachbarten Nachverdichtern (37) der ersten Gruppe zumindest ein Nachverdichter (39) der zweiten Gruppe angeordnet ist.
  5. Druckgusswerkzeug nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Hinterhorn (13) mit seiner Außenflanke (15) eine Rad-Rückseite bildet und mit seiner Innenflanke (14) zusammen mit dem Felgenbett (11) einen Inneneckbereich aufspannt, und dass der radiale Nachverdichter (39) auf den Inneneckbereich zwischen Hinterhorn-Innenflanke (17) und Felgenbett (11) einwirkt, und dass der axiale Nachverdichter (37) auf die Hinterhorn-Außenflanke (15) einwirkt.
  6. Druckgusswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Gießprozess eine Formfüllphase aufweist, in der ein Gießkolben (31) im Angussbereich des Druckgusswerkzeugs um einen Füllhub verstellbar ist, um die Kavität (20) des Druckgusswerkzeugs komplett mit flüssigem Gießmaterial (42) zu füllen, und dass der Gießprozess eine Nachdruckphase aufweist, in der der Gießkolben (31) um einen Nachdruckhub verstellt wird, um das in der Kavität (20) befindliche, noch nicht erstarrte Gießmaterial zu kompaktieren, und dass die Nachverdichtungsphase gleichzeitig mit der Nachdruckphase oder zeitlich verzögert zur Nachdruckphase stattfindet.
  7. Druckgusswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Druckgusswerkzeug ein Drei-Platten-Druckgusswerkzeug ist, das aus einer festen Formhälfte (21) und einer beweglichen Formhälfte (23) sowie einer zwischengeordneten schwimmenden Formhälfte (25) ausgebildet ist, und dass die feste Formhälfte (21) und die schwimmende Formhälfte (25) einen Angussbereich ausbilden, über den das flüssige Gießmaterial (42) in die Kavität (20) gefüllt wird, und dass zwischen der schwimmenden Formhälfte (25) und der beweglichen Formhälfte (23) die Kavität (20) gebildet ist.
  8. Druckgusswerkzeug nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die bewegliche Formhälfte (23) unterteilt ist in einen Grundkörper (33), der eine rotationssymmetrische, radial innere Formfläche aufweist, die die Kavität (20) von innen begrenzt, und in insbesondere vier radial äußere Schieber (35), die zusammen eine rotationssymmetrische, radial äußere Formfläche bilden, die die Kavität (20) außen begrenzt.
  9. Druckgusswerkzeug nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die radialen Nachverdichter (39) in den radial äußeren Schiebern (35) hubverstellbar geführt sind, und zwar insbesondere zwei radiale Nachverdichter (39) je Schieber (35), und/oder dass die axialen Nachverdichter (37) im Grundkörper (33) der beweglichen Formhälfte (23) hubverstellbar geführt sind.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Rohgussrads (1) in einem Druckgusswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Formfüllung mittels eines zentralen Angusses in einer Füllrichtung von einer Radnabe (3) über Speichen (7) radial nach außen zu einem Vorderhorn (9) sowie von dort axial über ein Felgenbett (11) zu einem Hinterhorn (13) erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Vermeidung von Erstarrungslunkern das Druckgusswerkzeug im Bereich des Hinterhorns (13) eine Anzahl von in Radumfangsrichtung verteilten Nachverdichtern (37, 39) aufweist, die im Gießprozess das Gießmaterial (42) im Bereich des Hinterhorns (13) verdichten, und dass die Anzahl von Nachverdichtern eine Gruppe von radialen Nachverdichtern (39) und eine Gruppe von axialen Nachverdichtern (37) aufweist.
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