WO2004007119A1 - Verfahren zur herstellung von druckgiessteilen und giessform - Google Patents

Verfahren zur herstellung von druckgiessteilen und giessform Download PDF

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Roberto Bologna
Benno Niedermann
Marc Fuchs
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • 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
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/086—Filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of die-cast parts, in particular parts of aluminum materials, such as e.g. Aluminum wheels for motor vehicles (Wheel Rim) and a mold for casting such materials.
  • aluminum materials such as e.g. Aluminum wheels for motor vehicles (Wheel Rim) and a mold for casting such materials.
  • At least one extendable and retractable molded part is provided as an additional inner mold part on the inner mold part.
  • Inner and outer moldings are to be arranged so that a mold cavity is formed between them and together with the extendable and retractable molded part.
  • the extendable and retractable molded part to be cooled during filling of the mold cavity with a cast material and / or the outer mold part to be heated.
  • Aluminum wheels for motor vehicles are produced today by the low-pressure casting method, mostly easy-controlled casting machines with high manual work share are used. Many hand operations affect quality and cycle time (about 7 to 12 minutes) to cast a wheel. Such a method is disclosed in DE-C-3619525. Before each casting a pig must be introduced according to the casting weight in the gas space above the bath level of the casting machine and introduced before or after pulling or ejecting the casting into the bath of the casting machine.
  • the invention is therefore based on the object to develop a process for the production of diecasting parts, which makes it possible to produce high-quality parts made of aluminum materials economically by means of SSM.
  • the object is solved with the features of claim 1.
  • the casting direction is so chosen that only a minimal press residue is obtained, which is also part of part of the die-cast part.
  • return costs can be drastically reduced and the subsequent machining can be reduced. Further cost reductions are achieved by reducing the cycle time.
  • the invention is further based on the object to provide a mold with mold centering and slide lock, which allows Druckgiessmaschine produce with little press residue.
  • This object is achieved with the features of claim 6.
  • it is to be achieved to minimize positional or positional changes of the mold halves relative to each other and of slides in the mold cavity due to pressure and temperature effects, in particular mold inserts should be easily exchangeable and mold sets for size groups of castings, such as Enable vehicle wheels.
  • the modular 2-plate mold significantly reduces costs and cycle times.
  • the structure of the mold is based on the idea of combining mold centering and slide lock in order to achieve a linear force input and force transmission and thus a lower retraction of the slide and a lower displacement of the two mold halves to each other below the casting pressure. This improves the dimensional accuracy of the castings and minimizes the injection of liquid metal between the cover surfaces.
  • the mold frames are constructed in such a way that mold inserts of different part sizes can be placed in the same mold frame, whereby exchange elements can be grouped according to different types of use.
  • the surfaces for shape centering and counter locking of the at least one slide are located in two mold halves, the surfaces for locking the at least one slide are preferably in the fixed mold half (fixed mold frame). All surfaces are located on one line per side, if possible.
  • the surfaces for centering the shape are independent of the number of slides circumferentially.
  • Fig. 1 a solid form frame in a perspective view
  • Fig. 2 a mold frame according to Fig. 1 in partial section.
  • a casting mold for the manufacture of a vehicle wheel made of, for example, aluminum materials has a fixed mold frame 1 with a mold centering 2 and molded parts or slides 3 and cooling spirals 7.
  • the solid mold frame 1 is connected in the usual way with the casting chamber 5. He also has part specific core elements for holes in the hub 8 of the wheel 6, at the same time serve as ejector elements of the wheel 6. Thus, no additional ejectors are needed, but functional parts are used which are already required for other tasks (here as a core element).
  • the filling of the mold takes place from the hub 8 of the wheel 6 and between the hub surface and the filling opening 11 of the casting chamber 5 is arranged as an insert a filter or screen 10 supported on the hub 8, which serves primarily to oxide skins of the SSM to be pressed.
  • the screen 10 is a stamped part made of aluminum or steel and perforated according to the hub surface.
  • the bolts, not shown, are heated and supplied to O 2 .arm.
  • the A- Filling in the mold cavity is dry, ie without release agent. Due to the sieve 10 can be dispensed with a shearing knife for the oxide skin of the bolt.
  • the molded parts or slides 3 are provided with drives, not shown, and guides in order to guarantee entry and exit of the molded parts or slides 3.
  • the surfaces for locking the slider 3 are preferably on or in the fixed mold frame 1 and particularly preferably in a line.
  • the surfaces for mold centering are independent of the number of moldings or slide 3 formum secured.
  • the forces acting during casting forces are thus distributed in the fixed mold frame 1 on the surfaces for combined shape centering and counter locking on the right and left of the slide 3 - force introduction and force transmission are thus approximately in line and are easier to control.
  • the moldings or slides 3 are available for the common range of wheel sizes (eg from 13 "to 22") and can be arranged in only one set of mold frames 1, 4.
  • the inventive mold and the method are suitable for use in the known casting and not limited to this embodiment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druckgiessteilen, insbesondere aus Aluminiumwerkstoffen, die im halbfesten Zustand in die Form eingepresst werden, wobei der Aluminiumwerkstoff durch ein Sieb (10) in der Giessform gepresst wird. Das Sieb (10) ist als Einlegeteil in der Giessform angeordnet.

Description

Verfahren zur Herstellung von Druckgiessteilen und Giessform
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druckgiessteilen, insbesondere von Teilen aus Aluminiumwerkstoffen, wie z.B. Aluminiumräder für Kraftfahrzeuge (Wheel Rim) sowie eine Giessform zum Vergiessen derartiger Werkstoffe.
Beim Giessen metallischer Gussteile üben Temperatur und Druck einen Einfluss auf die Lage der Formhälften zueinander und eventueller Einlegeteile oder Konturteile in der Formkavität aus. Diese Einflüsse können umso grösser sein, je komplizierter die Formgeometrie ist und insbesondere auch bei der Verwendung von variablen Schiebern, wie sie z.B. in der WO-A-99/41054 beschrieben sind. Hierbei ist am Innenformteil wenigstens ein aus- und einziehbares Formteil (Schieber) als zusätzliches Innenformteil vorgesehen. Innen- und Aussenformteil sind dabei so anzuordnen, dass zwischen diesen und zusammen mit dem aus- und einziehbaren Formteil ein Formhohlraum gebildet wird. Zudem soll das aus- und einziehbare Formteil beim Füllen des Formhohlraumes mit einem Gusswerkstoff gekühlt werden und/oder das Aussenformteil beheizt werden.
Aluminiumräder für Kraftfahrzeuge werden heute nach dem Niederdruckgiessverfahren hergestellt, wobei meist einfach gesteuerte Giessmaschinen mit hohem manuellen Arbeitsanteil zum Einsatz gelangen. Viele Handoperationen beeinflussen Qualität und Zykluszeit (ca. 7 bis 12 Minuten) zum Abguss eines Rades. Ein solches Verfahren ist in der DE-C-3619525 offenbart. Vor jedem Abguss muss ein Massel entsprechend des Gussgewichtes in den Gasraum über dem Badspiegel der Giessmaschine eingebracht und vor oder nach dem Ziehen bzw. Auswerfen des Gussstückes in das Bad der Giessmaschine eingebracht werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Druckgiessteilen zu entwickeln, das es ermöglicht, qualitativ hochwertige Teile aus Aluminiumwerkstoffen wirtschaftlich mittels SSM herzustellen. Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäss wird dabei die Giessrichtung so gewählt, dass nur ein minimaler Pressrest anfällt, der zudem teilweise Teil des Druck- giessteiles ist. Dadurch können Rücklaufkosten drastisch gesenkt und die spanende Nachbearbeitung reduziert werden. Weitere Kostensenkungen werden durch die Reduzierung der Zykluszeit erreicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen offenbart.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Giessform mit Formzentrierung und Schieberverriegelung zu schaffen, die es gestattet, Druckgiessteile mit geringem Pressrest herzustellen. Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weiterhin soll erreicht werden, Lage- bzw. Positionsänderungen der Formhälften zueinander und von Schiebern im Formhohlraum aufgrund von Druck, und Temperatureinflüssen zu minimieren, insbesondere sollen Formeinsätze leicht austauschbar sein und Formsätze für Grössengruppen von Gussteilen, wie z.B. Fahrzeugräder ermöglichen. Durch die modular aufgebaute 2-Platten Giessform sind Kosten und Zykluszeiten deutlich reduzierbar.
Der Aufbau der Giessform geht von dem Grundgedanken aus, Formzentrierung und Schieberverriegelung zu kombinieren, um eine linienförmige Krafteinieitung und Kraftweiterleitung und damit ein geringeres Zurückweichen der Schieber und ein geringeres Verschieben der beiden Formhälften zueinander unter dem Giessdruck zu erreichen. Dadurch verbessert sich die Masshaltigkeit der Gussteile, und das Einspritzen von flüssigem Metall zwischen den Abdeckflächen wird minimiert.
Die Formrahmen sind so aufgebaut, dass Formeinsätze verschiedener Teilegrössen im selben Formrahmen platziert werden können, wobei Austauschelemente nach verschiedenen Einsatzarten gruppierbar sind.
Die Flächen zur Formzentrierung und Gegenverriegelung des mindestens einen Schiebers befinden sich in beiden Formhälften, die Flächen zur Verriegelung des mindestens einen Schiebers befinden sich bevorzugt in der festen Formhälfte (fester Formrahmen). Sämtliche Flächen befinden sich möglichst auf einer Linie je Seite. Die Flächen zur Zentrierung der Form sind unabhängig von der Anzahl der Schieber umlaufend. Von Vorteil ist die Vermeidung temperaturbedingter Versetzungen, wie diese beim Stand der Technik auftreten, durch die Gegenverriegelung von Konturteilen bzw. Schiebern.
Der Kraftfluss aufgrund des Giessdrucks auf den Schieber wird dabei nicht mehr von der Seite des festen Formrahmens die die Kraft aufnimmt auf die gegenüber liegende Seite übertragen, sondern die Kraft wird im festen Formrahmen auf die kombinierten Formzentrier- und Gegenverriegelungsflächen rechts und links des Schiebers verteilt. Die Kraftaufnahme und Kraftweiterleitung im festen Formrahmen befinden sich somit etwa auf einer Linie.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen die
Fig. 1 : einen festen Formrahmen in perspektivischer Darstellung
Fig. 2: einen Formrahmen nach Fig. 1 im Teilschnitt.
Eine Giessform für das Herstellen eines Fahrzeugrades aus z.B. Aluminiumwerkstoffen weist einen festen Formrahmen 1 mit einer Formzentrierung 2 sowie Formteile bzw. Schieber 3 und Kühlspiralen 7 auf. Der feste Formrahmen 1 ist in üblicher weise mit der Giesskammer 5 verbunden. Er weist zudem teilespezifische Kernelemente für Bohrungen in der Nabe 8 des Rades 6 auf, zugleich als Auswerferelemente des Rades 6 dienen. Es werden somit keine zusätzlichen Auswerfer benötigt, sondern es kommen Funktionsteile zur Anwendung, die bereits für andere Aufgaben benötigt werden (hier als Kernelement). Das Füllen der Giessform erfolgt von der Nabe 8 des Rades 6 aus und zwischen der Nabenfläche und der Einfüllöffnung 11 der Giesskammer 5 ist als Einlegeteil ein Filter bzw. Sieb 10 auf der Nabe 8 abgestützt angeordnet, welches vorrangig dazu dient, Oxidhäute des einzupressenden SSM-Bolzens aufzureissen und zu zerkleinern bzw. grössere Oxidteile wenigstens teilweise zurück zu halten. Das Sieb 10 ist ein Stanzteil aus Aluminium oder Stahl und beliebig entsprechend der Nabenfläche gelocht. Die nicht dargestellten Bolzen werden O2.arm aufgeheizt und zugeführt. Die Ein- füllung in die Formkavität erfolgt trocken, d.h. ohne Trennmittel. Aufgrund des Siebes 10 kann auf ein Abschermesser für die Oxidhaut des Bolzens verzichtet werden.
Gegenüber der bisherigen Giessrichtung von der Sichtfläche des Rades 6 her ergeben sich wesentlich geringere Materialrückläufe und die Nabe selbst wird zum Pressrest. Die Überreste des Siebes 10 werden dabei mit der spanenden Bearbeitung der Nabenfläche entfernt (besteht das Sieb 10 aus Stahl, so können die Aluminium-Stahl-Späne z.B. bei der Stahlherstellung verwendet werden). Die Sichtfläche des Rades 6 wird bereits endkonturgenau gegossen.
Die Formteile bzw. Schieber 3 sind mit, nicht dargestellten, Antrieben und Führungen versehen, um ein Ein- und Ausfahren der Formteile bzw. Schieber 3 zu gewährfeisten.
Nahezu senkrecht zur Auflageebene des festen Formrahmens 1 sind Flächen zur Verriegelung des Schiebers 3 vorgesehen. Weiterhin sind Flächen zur Verriegelung des Schiebers 3 vorgesehen, die parallel zur genannten Auflageebene auf dem Schieber 3 bzw. den Formteilen angeordnet sind. Ebenfalls nahezu senkrecht zur genannten Auflageebene sind weitere Flächen zur kombinierten Gegenverriegelung und Formzentrierung vorgesehen.
Entsprechende Gegenkonturen sind im festen Formrahmen 4 ausgebildet.
Die Flächen zur Verriegelung des Schiebers 3 befinden sich bevorzugt auf dem bzw. im festen Formrahmen 1 und besonders bevorzugt in einer Linie. Die Flächen zur Formzentrierung sind unabhängig von der Anzahl der Formteile bzw. Schieber 3 formumlaufend.
Die beim Giessen einwirkenden Kräfte werden somit im festen Formrahmen 1 auf die Flächen zur kombinierten Formzentrierung und Gegenverriegelung rechts und links vom Schieber 3 verteilt - Krafteinleitung und Kraftweiterleitung befinden sich somit etwa auf einer Linie und sind einfacher beherrschbar. Die Formteile bzw. Schieber 3 sind für den gängigen Bereich von Radgrössen (z.B. von 13" bis 22") vorhanden und können in nur einem Satz Formrahmen 1 , 4 angeordnet werden.
Die erfindungsgemässe Giessform und das Verfahren sind zur Anwendung bei den bekannten Giessverfahren geeignet und nicht auf diese Ausführungsform begrenzt.
Bezugszeichen
fester Formrahmen
Führung
Schieber beweglicher Formrahmen
Giesskammer
Rad
Kühlspirale
Nabe
Sieb
Einfüllöffnung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Druckgiessteilen aus Aluminiumwerkstoffen, wobei der Aluminiumwerkstoff (schmelzflüssig oder) halbfest in eine Giessform einge- presst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidhaut des Aluminiumwerkstoffes beim Einpressen in die Formkavität aufgerissen wird und fein verteilt im Druckgiessteil vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumwerkstoff durch ein Sieb in die Formkavität gepresst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumwerkstoff nahezu vollständig in die Formkavität gepresst wird und ein Pressrest Teil des Druckgiessteiles wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumwerkstoff trocken und ohne Trennmittel. (in die Giesskammer) eingefüllt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumwerkstoff sauerstoffarm aufgeheizt und der Giesskammer zugeführt wird.
6. Giessform zur Herstellung von Druckgiessteilen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Einfüllstelle des zu vergiessenden Werkstoffes ein Sieb (10) eingelegt ist.
7. Giessform nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (10) aus dem zu vergiessenden Werkstoff oder Stahl besteht.
8. Giessform nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Auswerferelemente vorgesehen sind, die zugleich Funktionselemente beim Giessvorgang sind.
9. Giessform nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend einen festen und beweglichen Formrahmen (1, 4) und darin in Führungen angeordneten Formteilen bzw. Schiebern (3), die modular aufgebaut sind.
10. Giessform nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile bzw. Schieber (3) für bestimmte Teilegrössen in den Formrahmen (1 , 4) platzierbar sind.
1 . Giessform nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (10) auf den Auswerferelementen und der Nabe (8) des Rades (6) abgestützt ist.
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