WO2008080241A1 - Verfahren zur herstellung von faserverstärkten druckgiessteilen - Google Patents

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Benno Niedermann
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Bühler Druckguss AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of fiber-reinforced die-cast parts, in particular of metal moldings made of light metal building materials, for example of aluminum or magnesium alloys, which have higher mechanical values compared to conventionally produced die castings.
  • the invention further relates to the use according to the invention produced moldings in metal structures.
  • the castings are filled with a relatively slow filling. It is now very difficult to keep the fibers in suspension so as to obtain a homogeneous distribution in the casting. However, only a homogeneous distribution of the fibers gives the desired improvement of the mechanical properties.
  • the invention has for its object to develop a process for the production of fiber-reinforced Druckgiess negligence that allows die castings with significantly improved mechanical properties.
  • the reinforcement of components for example for applications in vehicle construction, aircraft construction or other technologically demanding application areas has a high economic but also ecological significance.
  • the reinforcement with fibers is to be used in die casting technology.
  • a feed unit can be used, as described in EP-B-1 392 875 for the production of Combal Foaming is disclosed, combined with a mixing device according to DE-A-102004003743. It can be dosed during the same casting different fibers or silicon particles.
  • the filling process is performed in milliseconds, the fibers are mixed during the Form loungellreaes mixed with a mixing device, for example according to DE-A-102004003743 and the right place in the component resp. brought to the melt.
  • a mixing device for example according to DE-A-102004003743 and the right place in the component resp. brought to the melt.
  • fibers are to be added during the pressing process, this can be achieved with a feed unit. It can be programmed with a control tool on a real-time controlled die casting machine.
  • a vehicle part made of aluminum material with fiber-reinforced zones for improving the mechanical properties (elongation, tensile strength and yield strength) as well as zones for increasing the wear properties is to be produced.
  • a metal quantity corresponding to the part is introduced into a casting chamber of the die casting machine.
  • the casting chamber is first filled and then the feed channel through an opening for introducing the liquid metal to the casting to the gate.
  • Fibers and / or silicon particles are added to the liquid metal in the filled pouring channel with a feed unit.
  • the programming of the feed units is done with a control tool of the die casting machine.
  • the fibers and / or the silicon particles are homogeneously distributed in the melt.
  • the cavity in the mold is completely filled and compacted the aluminum-fiber mixture.
  • the component now solidifies in the mold and can be removed after a predetermined cooling process.
  • the placement of the fibers and / or the silicon particles is also predetermined by means of a simulation and integrated into the filling process. That is, fibers and / or silicon articles are placed only in predetermined zones.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Druckgiessteilen, bei welchem ein Gemisch aus einer Metallschmelze und bei Raumtemperatur festen Fasern in einen Formhohlraum eingebracht wird und die Fasern an dafür vorgesehenen Stellen im zu giessenden Bauteil platziert werden.

Description

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Druckgiessteilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Druckgussteilen, insbesondere von Metallformteilen aus Leichtmetallbaustoffen, zum Beispiel aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, die im Vergleich zu konventionell hergestellten Druckgussteilen höhere mechanische Werte aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin Verwendung erfindungsgemäss hergestellter Formteile in Metallkonstruktionen.
Es ist bekannt dass Gussteile mit Fasern zu verstärken. So werden zum Beispiel Fasern der flüssigen Legierung beigemischt und unter ständigem Rühren in der Schwebe gehalten.
Insbesondere beim Sandguss, Niederdruckguss und Kokillenguss werden mit einer relativ langsamen Füllung die Gussteile gefüllt. Es ist nun sehr schwierig, die Fasern in der Schwebe zu halten und so eine homogene Verteilung im Gusstück zu erhalten. Nur eine homogene Verteilung der Fasern ergibt jedoch die gewünschte Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Druckgiessteilen zu entwickeln, das Druckgussteile mit deutlich verbesserten mechanischen Eigenschaften ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Der Verstärkung von Bauteilen, zum Beispiel für Anwendungen im Fahrzeugbau, Flugzeugbau oder anderen technologisch anspruchsvollen Anwendungsbereichen kommt eine hohe wirtschaftliche aber auch ökologische Bedeutung zu. Die Verstärkung mit Fasern soll in der Druckgiesstechnologie eingesetzt werden. Dabei kann eine Zuführeinheit eingesetzt werden, wie sie in der EP-B-1 392 875 zur Herstellung von Combal Schäumen offenbart ist, kombiniert mit einer Mischvorrichtung gemäss der DE-A- 102004003743. Es können verschiedene Fasern oder auch Siliziumpartikel während des gleichen Giessvorganges dosiert werden.
Beim Druckgiessprozess wird der Füllprozess in Millisekunden ausgeführt, die Fasern werden während des Formfüllprozesses beigemischt mit einer Mischvorrichtung, zum Beispiel gemäss der DE-A-102004003743 homogen verteilt und zur richtigen Stelle im Bauteil resp. der Schmelze gebracht.
Sollen nun Fasern während des Einpressvorganges beigemischt werden, kann das mit einer Zuführeinheit realisiert werden. Dabei kann mit einem Steuerungstool an einer echtzeitgeregelten Druckgiessmaschine programmiert werden.
Es können nun Fasern für die mechanische Verstärkung an bestimmte Stellen im Bauteil gebracht werden oder es können Siliziumpartikel als Verschleissschutz an Stellen im Bauteil gebracht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. In einer handelsüblichen, echtzeitgeregelten Druckgiessmaschine soll ein Fahrzeugteil aus Aluminiumwerkstoff mit faserverstärkten Zonen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften (Dehnung , Zugfestigkeit und Streckgrenze) sowie Zonen zur Erhöhung der Verschleisseigenschaften hergestellt werden.
Hierzu wird in eine Giesskammer der Druckgiessmaschine eine für das Teil entsprechende Metallmenge eingefüllt. Nach Auslösen des Giessvorgangs wird zuerst die Giesskammer gefüllt und anschliessend der Zuführkanal durch eine Öffnung zum Einbringen des flüssigen Metalls zum Gussteil bis zum Anschnitt.
Danach wird der Formhohlraum für das Bauteil gefüllt.
In den gefüllten Giesskanal werden mit einer Zuführeinheit Fasern und/oder Siliziumpartikel zum flüssigen Metall beigemischt. Die Programmierung der Zuführeinheiten erfolgt mit einem Steuerungstool der Druckgiessmaschine. Mit einer Mischvorrichtung werden die Fasern und/oder die Siliziumpartikel homogen in der Schmelze verteilt. Der Hohlraum in der Form wird vollständig gefüllt und das Aluminium-Faser-Gemisch verdichtet. Das Bauteil erstarrt nun in der Giessform und kann nach einem vorbestimmten Abkühlprozess entnommen werden.
Durch diese beschriebenen Prozessschritte kann selbst mit einer Recycling-Legierung ein hochwertiges Bauteil hergestellt werden.
Die Platzierung der Fasern und/oder der Siliziumpartikel wird zudem mittels einer Simulation vorbestimmt und in den Füllprozess integriert. D.h., es werden nur in vorbestimmten Zonen Fasern und/oder Siliziumartikel platziert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von fasernverstärkten Druckgussteilen durch einbringen von Fasern in ein Gussteil, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus einer Metallschmelze und, bei Raumtemperatur festen Fasern in einen Formhohlraum eingebracht und verdichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraum volumendefiniert gefüllt und die Fasern an definierten Stellen im Formhohlraum platziert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass die Fasern im Angusskanal in die Schmelze eingebracht und mit der Metallschmelze vermischt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,dass die Fasern in den zu füllenden Hohlraum gebracht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet das mindestens zwei Faser-Typen gleichzeitig oder nacheinander in den Formhohlraum eingebracht und mit der Metallschmelze vermischt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass die Fasern vor, nach und /oder während des Einbringens der Metallschmelze in den zu füllenden Hohlraum eingebracht werden
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass der zu füllende Hohlraum aus mehr als einer voneinander unabhängigen Kavität besteht , die durch mehr als einen Angusskanal gefüllt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet ,dass eine Metallschmelze aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium oder einer entsprechende Legierung besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass eine Metalldruckgiessmaschine verwendet wird.
10. Metallkörper hergestellt nach einem Verfahren gemäss der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer allseitig geschlossenen Oberfläche und Bereichen mit Faseranteil besteht.
11. Verwendung eines Metallkörpers gemäss Anspruch 10 zum Aufbau von Metallkonstruktionen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Fasern und/oder Siliziumpartikel in den Formhohlraum eingebracht werden.
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