WO2008116327A1 - Beeinflussung des gefüges durch kern beim druckgiessen - Google Patents

Beeinflussung des gefüges durch kern beim druckgiessen Download PDF

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WO2008116327A1
WO2008116327A1 PCT/CH2007/000617 CH2007000617W WO2008116327A1 WO 2008116327 A1 WO2008116327 A1 WO 2008116327A1 CH 2007000617 W CH2007000617 W CH 2007000617W WO 2008116327 A1 WO2008116327 A1 WO 2008116327A1
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casting
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salt
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Sascha Padovan
Bernhard Fritsche
Paul Jung
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Bühler Druckguss AG
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    • 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
    • B22C9/105—Salt cores
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • 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
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings

Definitions

  • the invention relates to a core for die casting molds, in particular Salzkeme or sand cores and their use in die casting.
  • sliders also reduces productivity because additional movements of the slider must be completed before the casting can be ejected from the mold.
  • Certain components such as Pump housings, tubular bodies and other geometries with pronounced or complex cavities must be manufactured in shell construction.
  • two or more components (shells) of the component are poured, which are then joined together by various joining methods such as gluing, pressing, riveting or welding to the finished component.
  • the molded steels from which permanent molds are made are subject to wear due to temperature changes, cavitation, erosion and corrosion. These wear parts must be replaced at great cost from time to time.
  • cooling and heating channels temperature control channels
  • a medium circulates This is to ensure that, on the one hand, the melt in the gate area remains in the liquid phase as long as possible in order to be able to effectively feed the casting by high pressure in a holding pressure phase.
  • certain parts of the casting should solidify at different speeds as quickly as possible, in order to completely avoid solidification cavities or at least to shift them to areas in which they can not adversely affect the function of the casting.
  • lost cores such as Salzkeme
  • lost cores are also known to reduce the aforementioned disadvantages.
  • such cores are produced by mixing a granular salt with a phosphate-containing binder and subsequent shaping in a mold.
  • EP-A-1293276 the core is connected to an insert and in USP 5165464 it is disclosed to overmould a metal core with a salt mantle.
  • the invention is based on the object to provide a core for die casting molds with extended range of use, in particular a salt or Sandkem.
  • the object is solved with the features of claim 1.
  • salt cores in diecasting influences the solidification behavior of the melt and changes the heat removal from the melt.
  • This salt core can be a spe- cigars resp. represent any contour or part of the contour and / or image the gate of the casting to the casting channel.
  • a local re-compactor eg a squeeze pin
  • the use of a local re-compactor can also be dispensed with by changing the cooling behavior.
  • the latter allows new shapes (for example, in one piece instead of half shells and thereby eliminating processing) and a reduction in manufacturing and assembly costs, with increased quality. It also results in a cost savings compared to steel and a use in high-melting alloys with a small solidification interval as a mold insert.
  • Thermal expansion and stress can be better controlled, mechanical surface treatment can be reduced or completely avoided, as cylindrical or parallel cross-sections are imaged in the cavities of a casting.
  • valve housings u. a. very thin Schieberkeme be used.
  • Electronic devices of all kinds with "openings" for buttons, antenna, plug
  • fiber-reinforced die-castings with cavities and undercuts or suspensions / brackets (hollow inside) can be produced with lost cores with less effort or can only be produced by die casting.
  • Fig. 2 a mold with moldings as Verschleissteil
  • Fig. 3 a shell construction
  • Fig. 4 Structure towards the lost core, 5mm distance to the core
  • Fig. 5 Structure to the steel of the shape, distance to the steel 5 mm.
  • Fig. 1 shows a simplified arrangement of a salt core 3 to be poured Teih with bleed 2.
  • a salt core 3 may have different shapes when using Schieberkemen (slider body) and Salzkemen 3 without suit in Giessfor- men.
  • the shape to be imaged can also be curved (FIG. 3) or otherwise shaped.
  • Fig. 2 shows an insert 4 (wear part) made of salt instead of a hitherto usual use of steel.
  • Fig. 3 shows an example of a shell construction using a salt core.
  • FIGS. 4 and 8 The juxtaposition of two sections (FIGS. 4 and 8) clearly illustrates the achievable structures / grain sizes.
  • the metallographic preparation of the sections clearly shows that the structural formability can be influenced by the different thermal conductivity of the core material and the forming steel.
  • Fig. 4 shows the structure towards the lost core, with 5mm distance to the core. Visible is a coarse-grained structure. A fine-grained structure, on the other hand, results in the shape of the steel. This effect can be enhanced or reduced by the use of insulating or heat-conducting sizing.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kern für Druckgiessformen, insbesondere Salzkerne oder Sandkerne und deren Verwendung beim Druckgiessen. Die Salzkerne bilden eine beliebige Giessform oder Giessformpartie ab, um die Abkühlung des Gussteils in diesem Bereich zu verlangsamen und um eine Erstarrung in einer bestimmten Richtung hin zu erreichen.

Description

Kern für Druckgiessformen
Die Erfindung betrifft einen Kern für Druckgiessformen, insbesondere Salzkeme oder Sandkerne und deren Verwendung beim Druckgiessen.
Im Druckguss werden Dauerformen aus Stahl verwendet, um Schmelze von meist niedrig schmelzenden Legierungen in den Formholraum, der durch die Dauerform abgebildet wird, einzuspritzen. Dieser Formhohlraum bildet somit die dreidimensionale Geometrie des zu giessenden Bauteiles ab. Hierbei können Bauteilhohlräume und Hinterschnitte nur zum Teil und / oder mit Hilfe von Schiebern verwirklicht werden.
Der Einsatz von Schiebern vermindert zudem die Produktivität da zusätzliche Fahrbewegungen der Schieber erst beendet werden müssen, bevor das Gussteil aus der Form ausgestossen werden kann.
Mittels eines Schiebers können lediglich konzentrische Querschnitte in Kanälen oder Hohlräumen dargestellt werden. Um Schieber sicher ziehen zu können, müssen Kernpartien eine Ausformschräge aufweisen, so dass zylindrische oder parallele Kanäle noch eine, sich anschliessende mechanische Bearbeitung (z. B. durch Bohren oder Fräsen) erfordern.
Gewisse Bauteile, wie z.B. Pumpengehäuse, Rohrkörper und andere Geometrien mit stark ausgeprägten oder komplexen Hohlräumen, müssen in Schalenbauweise hergestellt werden. Hierbei werden zwei oder mehrere Komponenten (Schalen) des Bauteiles gegossen, die dann durch verschiedene Fügeverfahren wie Kleben, Pressen, Nieten oder Schweissen zu dem fertigen Bauteil zusammengefügt werden.
Zudem sind die Formstähle, aus denen Dauerformen hergestellt werden, einem Ver- schleiss durch Temperaturwechsel, Kavitation, Erosion und Korrosion ausgesetzt, Diese Verschleissteile müssen von Zeit zu Zeit kostenintensiv ersetzt werden. Um die Temperatur über die Wärmeabfuhr von Schmelzen in Dauerformen aus Stahl zu kontrollieren, werden in die Form Kühl- und Heizkanäle (Temperierkanäle) eingebracht, durch die ein Medium zirkuliert. Hiermit soll erreicht werden, dass einerseits die Schmelze im Anschnittbereich so lange wie möglich in der flüssigen Phase bleibt um effektiv durch hohen Druck in einer Nachdruckphase das Gussteil nachspeisen zu können. Andererseits sollen, je nach Bedarf, gewisse Partien am Gussteil unterschiedlich schnell erstarren um Erstarrungslunker ganz zu vermeiden oder diese zumindest in Bereiche zu verlagern, in denen sie die Funktion des Gussteiles nicht negativ beeinflussen können.
Durch die relativ langsame Wärmeleitung durch den Stahl zu den Temperierkanälen hin ist dieses System allerdings zu träge, was eine effektive Beeinflussung der Wärmeableitung erschwert.
Bekannt sind daher auch verlorene Kerne, wie zum Beispiel Salzkeme um die vorgenannten Nachteile zu verringern. Gemäss DE-A-102004006600 werden derartige Kerne durch mischen eines körnigen Salzes mit einem phosphathaltigen Binder und nachfolgende Formgebung in einem Formwerkzeug hergestellt. Nach EP-A-1293276 ist der Kern mit einem Einlegeteil verbunden und in der USP 5165464 ist offenbart, einen metallischen Kern mit einem Salzmantel zu umgiessen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kern für Druckgiessformen mit erweitertem Einsatzbereich zu schaffen, insbesondere ein Salz- oder Sandkem. Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch den Einsatz von Salzkernen im Druckguss wird das Erstarrungsverhalten der Schmelze beeinflusst, die Wärmeabfuhr aus der Schmelze wird verändert.
Durch Verwendung eines Salzkems wird durch die, im Vergleich zu Stahl geringere Wärmeleitfähigkeit des Salzes die Wärmeabfuhr reduziert. Dadurch lässt sich das Erstarrungsverhalten des Gussteiles positiv beeinflussen. Dieser Salzkern kann eine spe- zifische resp. beliebige Kontur oder einen Teil der Kontur abbilden und/oder den Anschnitt des Gussteiles an den Giesskanal abbilden.
Bei Verwendung eines oder mehrerer Salzkeme kann zudem die Verwendung eines lokalen Nachverdichters (z. B. ein Squeeze-Pin) durch Veränderung des Abkühlverhaltens entfallen.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Aufgrund όer Beschichtung eines Salz- oder Sandkemes mit einem Überzug ähnlich einer Schlichte ist es möglich, Hohlräume in einem Gussteil besser abzubilden, Hinterschnitte ohne Schieber darzustellen und/oder Formpartien als Verschleissteile auszubilden.
Letzteres ermöglicht neue Formgebungen (zum Beispiel einteilig statt Halbschalen und dadurch entfallende Bearbeitung) und eine Verringerung des Fertigungs- und Montageaufwandes, bei erhöhter Qualität. Es ergibt sich zudem eine Kosteneinsparung gegenüber Stahl sowie eine Verwendung bei hochschmelzenden Legierungen mit kleinem Erstarrungsintervall als Formeinsatz.
Thermische Ausdehnungen und Spannungen sind besser beherrschbar, eine mechanische Oberflächenbearbeitung kann reduziert oder ganz vermieden werden, da zylindrische oder parallele Querschnitte in den Hohlräumen eines Gussteiles abgebildet werden.
Durch einen Verzicht auf Schieber verringern sich die Zykluszeiten beim Giessen, da zudem Schieberbewegungen entfallen.
Weitere Vorteile sind eine Qualitätssteigerung, da keine Undichtigkeiten an den Verbindungen der Schalen auftreten können (keine Schalentrennung mehr notwendig) oder die Herstellung neuer Bauteile, welche bis anhin in Dauerformen nicht entformbar sind, die nun mit Dauerformen gefertigt und entformt werden können. Der Grund ist darin zu sehen, dass bis anhin die Wärmeabfuhr über den Stahl bei Kühlung mit Wasser oder anderen Medien zu träge ist (Nadelöhr ist die Wärmeleitfähigkeit des Stahls). Neu ist, da die Wärmeabfuhr des Stahls nicht wirklich beeinflussbar ist, ein zusätzliches verlangsamen der Wärmeabfuhr in anderen Partien des Gussteiles und es wird wieder eine „gerichtete Erstarrung" erreicht, nur anders herum als bis anhin gewohnt.
Beispiele für den Anwendungsbereich sind:
A, Motorblock
Open deck-Blöcke
Bei Wassermantelkernen deutliche Erhöhung der Schusszahl, da Schieberverschleiss entfällt
Bei medienführenden Kanälen sind kleinere Durchmesser-Längen-Verhältnisse darstellbar, da die Überhitzungs- und Aufschrumpfungsgefahr geringer ist
Closed deck-Blöcke
Beim Wassermantelkern sind Hinterschnitte mit verlorenem Kern darstellbar
Zylinderkopf
Hinterschnitte am Zylinderkopf und angrenzenden Bereichen sind mit verlorenem Kern darstellbar
B. Gehäuse
Bei medienführenden Kanälen an Getriebegehäusen sind mit verlorenen Kernen Temperatur, Aufschrumpfung und 0 / Länge Verhältnisse weniger begrenzt. Hinterschnitte an Pumpen-, Vergaser- oder Lenkrohrgehäusen sowie Turboladern oder Turbinen mit verlorenem Kern darstellbar. Bei Lenkrohrgehäusen kann zudem auf Schieber verzichtet werden.
Ebenso können bei Ventilgehäusen u. a. sehr dünne Schieberkeme verwendet werden.
Komplexe Geometrien, wie bei Krümmern, Querlenkem oder Achsteilen sind ohne komplexe Schieber und ohne Schalenbauweise mit verlorenem Kern darstellbar.
C, komplexe Formen
Elektronikgeräte aller Art mit „Öffnungen" (für Tasten, Antenne, Stecker), faserverstärkte Druckgussteile mit Hohlräumen und Hinterschnitten oder Aufhängungen / Konsolen (innen hohl) sind mit verlorenen Kernen bei geringerem Aufwand machbar resp. überhaupt erst im Druckguss herstellbar.
Die erfindungsgemässe Lösung ergibt sich somit nicht naheliegend aus dem Stand der Technik. Bekannt ist, dass z. B. verschiedene Schlichten (mit isolierender Eigenschaft oder im Gegensatz dazu eine mit hoher Wärmeleitfähigkeit) eingesetzt oder / und die Dicken der Kerne verändert werden (noch dicker führt zu noch langsamerer Wärmeabfuhr), wie dies schon beim Kokillenguss mit Stahlformen erfolgt. Erfindungsgemäss soll dies nun mit verlorenen Kernen erfolgen. Dadurch wird die Korngrösse "genauer" beeinflussbar als sie sich von selber ergeben würde. Nachgewiesen ist, dass die isolierende Wirkung sichtbaren Einfluss auf die Korngrösse nimmt.
Möglich ist die Verwendung eines oder mehrerer Salzkerne oder von Kernen aus alternativen Materialien wie z. B. Sand um den Anschnittbereich abzubilden. Zum einen um das Formnegativ darzustellen und zum anderen um die Abkühlgeschwindigkeit im An- schnittbereich so zu beeinflussen, dass die Nachdruckphase (3. Phase) in ihrer Dauer und/oder Effizienz verbessert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 : eine Form mit Salzkern
Fig. 2: eine Form mit Formpartien als Verschleissteil
Fig. 3: eine Schalenbauweise
Fig. 4: Gefüge zum verlorenen Kern hin, 5mm Abstand zum Kern
Fig. 5: Gefüge zum Stahl der Form hin, Abstand zum Stahl 5 mm.
Fig. 1 zeigt vereinfacht die Anordnung eines Salzkernes 3 zu einem zu giessenden Teih mit Anschnitt 2. Ein Salzkern 3 kann unterschiedliche Formgebungen bei Anwendung von Schieberkemen (Schieberkörper) und Salzkemen 3 ohne Anzug in Giessfor- men aufweisen. Die abzubildende Form kann auch gekrümmt (Fig. 3) oder anderweitig geformt sein.
Fig. 2 zeigt einen Einsatz 4 (Verschleissteil) aus Salz anstelle eines bisher üblichen Einsatzes aus Stahl.
Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Schalenbauweise unter Verwendung eines Salzkernes.
Die Gegenüberstellung zweier Schliffe (Fig. 4 undδ) stellt die erreichbaren Gefüge / Korngrössen sehr anschaulich. Die metallografische Aufbereitung der Schliffe zeigt eindeutig, dass durch die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit des Kernmaterials und des Formstahls die Gefügeausbildung beeinflusst werden kann. Fig. 4 zeigt dabei das Gefüge zum verlorenen Kern hin, mit 5mm Abstand zum Kern. Sichtbar ist ein grobkörniges Gefüge. Ein feinkörniges Gefüge ergibt sich hingegen zum Stahl der Form hin. Dieser Effekt kann noch verstärkt oder vermindert werden durch die Verwendung von isolierenden oder wärmeleitenden Schlichten.

Claims

Patentansprüche
1. Kern für Druckgiessformen, insbesondere Salzkern oder Sandkern, dadurch gekennzeichnet, dass er eine beliebige Gussform oder Gussformpartie abbildet um die Abkühlung des Gussteiles in diesem Bereich zu verlangsamen und um eine Erstarrung in einer bestimmten Richtung hin zu erreichen.
2. Kern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Überzug ähnlich einer Schlichte versehen ist.
3. Verwendung eines Kerns nach Anspruch 1 oder 2 zur Abbildung mindestens eines Hohlraumes, eines Hinterschnittes oder eines Gewindes in einem Druckgussteil.
4. Verwendung eines Kerns nach Anspruch 1 oder 2 an Formeinsätzen oder Formpartien als Verschleissteil.
5. Verwendung eines Kerns nach Anspruch 1 oder 2 anstelle einer Schalenbauweise.
6. Verwendung eines Kerns nach Anspruch 1 zur Beeinflussung der Gefügeausbildung des Gussteiles durch verlangsamte Wärmeabfuhr in einer definierten Partie des Gussteiles.
7. Verfahren zur Herstellung von Gussteilen, insbesondere durch Druckgiessen in metallischen Formen, in deren Formhohlraum mindestens ein verlorener Kern angeordnet wird, insbesondere ein Salzkern, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit von Kernmaterial und Formstahl zur Ausbildung spezifischer Gefüge im Gussteil verwendet wird
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE705688C (de) * 1937-04-15 1941-05-07 Esslingen Maschf Verfahren zur Herstellung von Bremstrommeln aus Grauguss
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DE102005023902A1 (de) * 2005-04-18 2006-10-19 Daimlerchrysler Ag Kurbelgehäuse, Ölkanalkern zur Herstellung eines Kurbelgehäuses und Verfahren zur Herstellung eines Kurbelgehäuses

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