WO2016201474A1

WO2016201474A1 - Verfahren zur herstellung eines gegossenen werkstückes

Info

Publication number: WO2016201474A1
Application number: PCT/AT2016/050201
Authority: WO
Inventors: Alois Boindecker; Thomas Rathner; Richard Weber
Original assignee: Fill Gesellschaft M.B.H.
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2016-12-22
Also published as: AT517384A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Werkstückes (1), wobei nach einem Einbringen einer Metallschmelze (2) in eine Form (3) und einem Erstarren des Werkstückes (1) das Werkstück (1) in einem Schritt i) auf eine Temperatur zwischen 150° und 300°C abgekühlt wird, und in einem Schritt ii) bei einer Temperatur zwischen 150° und 300°C ein Entkernen des Werkstückes (1) und ein Zertrümmern zumindest eines in einem Hohlraum des Werkstücks (1) befindlichen Formkerns (7) durchgeführt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Werkstückes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Werkstückes.

Bei der Herstellung von Werkstücken durch Gießverfahren wird üblicherweise eine Metallschmelze, beispielsweise eine Aluminiumschmelze, in Formen eingebracht. Unter dem Begriff Metallschmelze werden in diesem Dokument nicht nur flüssige sondern auch thixotrope Metallschmelzen verstanden. Nach einem Erstarren und Abkühlen der Metallschmelze wird das Werkstück entformt und ein in dem Werkstück befindlicher Formkern zertrümmert. Bei den herkömmlichen Verfahren ist es üblich, die Werkstücke auf eine Temperatur von ca. 80° C abzukühlen, bevor diese entkernt werden. Das Entkernen erfolgt bei einer relativ niedrigen Temperatur, da zu diesem Zeitpunkt die Gefügestruktur des Werkstückes im Wesentlichen keinen Änderungen mehr unterliegt.

Nachteilig an den bekannten Verfahren ist es jedoch, dass diese aufgrund der Abkühlung auf die geringe Entkerntemperatur sehr zeit- und Energieaufwendig sind.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile des Stands der Tech- nik zu überwinden und die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung von gegossenen Werkstücken zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nach einem Einbringen einer Metallschmelze in eine Form und einem Erstarren des Werkstückes das Werkstück in einem Schritt i) auf eine Temperatur zwischen 150° und 300°C abgekühlt wird, und in einem Schritt ii) bei einer Temperatur zwischen 150° und 300°C ein Entkernen des Werkstückes und ein Zertrümmern zumindest eines in einem Hohlraum des Werkstücks befindlichen Formkerns durchgeführt wird. Es hat sich herausgestellt, dass sich durch das erfindungsgemäße Entkernen bei einer Temperatur zwischen 150 und 300° C keine Nachteile hinsichtlich der Materialeigenschaften des Werkstückes ergeben. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich die Produktionszeit wesentlich verkürzen, da die Abkühlphase stark verringert ist. Auch lässt sich der für eine Abkühlung des Werkstückes erforderliche Energieaufwand wesentlich reduzieren.

Gemäß einer vorteilhaften Variante, welche sich besonders gut für ein Aluminiumgussverfah- ren eignet, kann in Schritt ii) ein Entkernen des Werkstückes zwischen 150° und 200°C durchgeführt werden.

Die Anzahl an Formen sowie auch der Platzbedarf lassen sich dadurch wesentlich reduzieren, dass das Werkstück vor Schritt ii) aus der Form entnommen wird.

Ein sehr rasches und energieeffizientes Abkühlen des aus der Form entnommenen Werkstücks lässt sich dadurch erreichen, vor Schritt ii) mittels eines Nebels aus Wassertropfen abgekühlt wird. Ein Zusammenbacken des Formkerns, der zumeist aus Sand als Hauptbestandteil hergestellt ist, lässt sich dadurch verhindern, dass die Wassertropfen verdunsten bevor sie den Formkern des Werkstückes erreichen. Aufgrund der hohen Werkstücktemperatur kommt es bei einem Besprühen des Werkstückes mit einem Nebel aus Wassertropfen zu einem Verdampfen der Wassertropfen, bevor diese den Formkern erreichen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da sich der in dem Werkstück befindliche Formkern durch den Einfluss von Wasser soweit verfestigen könnte, dass er nicht mehr aus dem Werkstück entfernt werden könnte.

Eine sehr hohe Güte der Materialeigenschaften des Werkstückes bei gleichzeitiger Optimierung der Prozessdauer sowie der erforderlichen Energie lässt sich dadurch erreichen, dass in Schritt ii) das Entkernen bei einer Temperatur erfolgt, die mit einer Abweichung von +/- 30% einer Temperatur entspricht, bei welcher eine Ausscheidungshärtung eines Materials des Werkstückes beginnt.

Die Abkühlzeit des Werkstückes und somit die Zeitspanne bis zum Beginn weiterer Bearbei- tungsschritte, wie beispielsweise Entgraten, lässt sich dadurch wesentlich minimieren, dass das Werkstück nach Schritt ii) durch Tauchen in eine Kühlflüssigkeit deren Temperatur unter einer Temperatur des Werkstückes liegt, weiter abgekühlt wird. Da der Formkern zu diesem Zeitpunkt schon entfernt ist, kann das Werkstück sehr rasch mittels eines Eintauchens in eine Kühlflüssigkeit auf eine für nachfolgende Bearbeitungsschritte erforderliche Temperatur abgekühlt werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

Es zeigt in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer- den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verste- hen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8, 1, oder 5,5 bis 10.

Gemäß Fig. 1 wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Werkstückes 1 eine Metallschmelze 2 in eine Form 3, beispielsweise eine Kokille, eingebracht. Die Form 3 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als zweiteilige Form 3 mit einem Unterteil 4 und einem Oberteil 5 ausgebildet, die lösbar miteinander verbunden sind. Natürlich kann die Form 3 auch mehr als zweit Teile aufweisen. In die Form 3 ist ein Formkern 7 eingelegt, der gemeinsam mit den Innenwandungen des Unterteils 4 und des Oberteils 5 einen Formhohlraum 6 begrenzt, in welchen die Metallschmelze 2, bei welcher es sich besonders bevorzugt um eine Aluminiumschmelze handelt, eingebracht wird. Als Verfahren zum Einbringen der Metallschmelze können grundsätzlich alle bekannten Gießverfahren zum Einsatz kommen.

Nach einem Erstarren des Werkstückes 1 kann diese aus der Form 3 entnommen werden. Hierzu können der Unterteil 4 und der Oberteil 5 auseinander gefahren werden und hierauf das heiße Werkstück 1 aus der Form 3 entfernt werden. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Formkern 7 noch in einem Hohlraum des Werkstückes 1. Das heiße Werkstück 1 wird bei einer Temperatur aus der Form entnommen, die über 150° C beträgt. Insbesondere kann eine Entnahme Temperatur des Werkstückes 1 bei über 300° C liegen.

Das heiße, aus der Form 1 entnommene Werkstück 1 wird in einem weiteren Schritt auf eine Temperatur abgekühlt, die abhängig von der Entnahmetemperatur zwischen 150 und 300° C liegt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument angegebenen Temperaturen sich auf Oberflächentemperaturen des Werkstückes 1 beziehen. Eine Ermittlung der Temperatur des Werkstückes 1 in der Form kann beispielsweise mittels in oder an der Form 3 angebrachter Temperaturfühler und außerhalb der Form 1 auch berührungslos mittels Infrarotsensoren erfolgen. Darüber hinaus können natürlich auch andere dem Fachmann bekannte Sensoren und Verfahren zur Ermittlung der Temperatur zum Einsatz kommen.

Zum Abkühlen des Werkstückes 1 kann ein Nebel 8 aus Wassertropfen verwendet werden. Die Wassertropfen verdampfen hierbei, sobald sie auf eine heiße Oberfläche des Werkstückes 1 auftreffen. Da das Werkstück 1 in diesem Schritt auf eine Temperatur abgekühlt wird, die deutlich über der Verdampfungstemperatur von Wasser liegt, ist gewährleistet, dass keine Wassertropfen in den Formkern 7 eindringen können.

Das Abkühlen des Werkstückes 1 erfolgt nur so lange bis dieses die gewünschte Temperatur, die in einem Bereich zwischen 150 und 300°C, insbesondere zwischen 150° und 200° C, erreicht hat. Hierauf wird das Werkstück 1 mittels einer Rüttelvorrichtung 9 in an sich bekannter Weise in Schwingungen versetzt und der Formkern 7 zertrümmert und das Werkstück 1 entkernt. Als besonders vorteilhaft für die Temperatur, bei welcher ein Entkernen des Werkstückes 1 erfolgen kann, hat sich eine Temperatur bewährt, die mit einer Abweichung von +/- 30% einer Temperatur entspricht, bei welcher eine Ausscheidungshärtung eines Materials des Werkstückes 1 beginnt. Nach dem Entkernen des Werkstückes 1 kann dieses zur weiteren Abkühlung in ein mit einer Kühlflüssigkeit 10 gefülltes Becken 11 getaucht werden.

Bezugszeichenaufstellung

Werkstück

Metallschmelze

Form

Formhälfte

Hohlraum

Formkern

Nebel

Rüttelvorri chtung

Kühlflüssigkeit

Becken

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Herstellung eines gegossenen Werkstückes (1), dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Einbringen einer Metallschmelze (2) in eine Form (3) und einem Erstarren des Werkstückes (1) das Werkstück (1) in einem Schritt i) auf eine Temperatur zwischen 150° und 300°C abgekühlt wird, und in einem Schritt ii) bei einer Temperatur zwischen 150° und 300°C ein Entkernen des Werkstückes (1) und ein Zertrümmern zumindest eines in einem Hohlraum des Werkstücks (1) befindlichen Formkerns (7) durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt ii) ein Entkernen des Werkstückes zwischen 150° und 200°C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vor Schritt ii) aus der Form (3) entnommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück vor Schritt ii) mittels eines Nebels (8) aus Wassertropfen abgekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassertropfen ver- dunsten bevor sie den Formkern (7) des Werkstückes (1) erreichen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) in Schritt ii) das Entkernen bei einer Temperatur erfolgt, die mit einer Abweichung von +/- 30% einer Temperatur entspricht, bei welcher eine Ausscheidungshärtung eines Materials des Werkstückes (1) beginnt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) nach Schritt ii) durch Tauchen in eine Kühlflüssigkeit (10) deren Temperatur unter einer Temperatur des Werkstückes (1) liegt, weiter abgekühlt wird.