DE10043717A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Druckumformen von metallischen Werkstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Druckumformen metallischer Werkstoffe, insbesondere von Aluminium- oder Magnesiumwerkstoffen. DOLLAR A Hierbei gelangt der Werkstoff als Bolzen oder Portion direkt von einem Bereitstellungsraum unter Luftabschluss in die Gießkammer (6) einer Druckgießmaschine (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckumformen von metallischen Werkstoffen, insbesondere von Aluminium- oder Magnesiumlegierungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Druckumformen von metallischen Werkstoffen.

Das Druckgiessen metallischer Werkstoffe in flüssiger Form ist hinlänglich bekannt. Hierzu wird ein Metall, zum Beispiel aus einer Aluminiumlegierung in einem Kessel in schmelzflüssigen Zustand gebracht und portionsweise in die Giesskammer einer Druckgiessmaschine überführt. Mittels Giesskolben wird das flüssige Metall anschlie­ ssend in die Giessform gepresst, wo es erstarrt.

Das Druckgiessen ist in verschiedenen Varianten in der Industrie weit verbreitet, erfor­ dert aber einen hohen maschinellen und steuerungstechnischen Aufwand. Zudem ent­ sprechen die Arbeits- und Umweltbedingungen trotz aller Bemühungen nicht heutigen Anforderungen. Seigerungen und Entmischungen sind in den Bauteilen immer vorhan­ den.

Auch Verfahren bei denen die Werkstoffe in halbfestem bzw. halbflüssigem Zustand vergossen werden, erfordern einen ähnlich hohen Aufwand.

Bekannt ist es auch, metallische Werkstoffe zu granulieren und im Extruder die erfor­ derlichen Werkstoffkonditionen für ein Druckgiessen zu erzeugen. So beschreibt die DE-C-199 07 118 eine Vorrichtung zum Herstellen von Formteilen aus metallischem Material. Die Verarbeitung des metallischen Materials erfolgt in einem Extruder von ei­ nem Granulat bis zum thixotropen fest-flüssigen Material in stetiger Zwangsförderung. Der Extruder weist mindestens zwei kämmende Schnecken auf und der halbflüssige Werkstoff gelangt über einen nicht beheizten Kanal direkt in den Speiseraum eines Ein­ spritzzylinders einer Druck- bzw. Spritzgiessmaschine. Auch eine solche Vorrichtung und Verfahrensweise erfordert noch eine zumindest teilweise Umformung und Auf­ schmelzung des metallischen Werkstoffes. Das benötigte Granulat muss zunächst aus einer Schmelze gewonnen werden, es ist auf Grund von Seigerungen und/oder Ent­ mischungen nicht homogen und Oxide sind enthalten.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Druckumformen von metallischen Werkstoffen zu entwickeln, welches es gestattet, den Werkstoff in der be­ nötigten Menge und mit deutlich geringerem Energieaufwand einer Spritz- bzw. Druck­ giessmaschine zuzuführen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Druckumfor­ men metallischer Werkstoffe zu schaffen, was mit den Merkmalen des Patentanspruchs erfolgt.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen offenbart.

Das erfindungsgemässe Druckumformen beinhaltet vorzugsweise die Verarbeitung von Werk toffen im teilflüssigen Zustand, schliesst aber vollständig verflüssigte Werkstoffe mit ein.

Durch die Erfindung kann der metallische Werkstoff, insbesondere Aluminium- oder Magnesiumlegierungen erwärmt aber in festem Zustand in Form von Bolzen oder der­ gleichen bereitgestellt werden. Hierbei kann der Werkstoff aufgeheizt (unterhalb der Liquidustemperatur) in einer Presse bereitgehalten werden, wobei diese Presse zu­ gleich eine Magaziniermöglichkeit für mehrere Bolzen aufweisen kann (zum Beispiel als Stangen- oder Trommelmagazin). Die Bolzen können portioniert bereitgehalten werden oder direkt in der Presse für jeden einzelnen Schuss portioniert werden.

Die Presse ist über einen beheizten Kanal direkt mit der Giesskammer einer Spritz- oder Druckgiessmaschine verbunden, so dass kein Kontakt mit der Umgebungsluft er­ folgt und die Oxidbildung daher weitgehend vermeidbar ist. Dies wird auch durch den Füllgrad von 100% begünstigt. Die Presse kann parallel oder senkrecht bzw. winklig zur Druckgiessmaschine angeordnet sein. Für an den Bolzen vorhandene Oxide kann ein einfaches Abstreifsystem vorgesehen sein.

Der beheizte Kanal ermöglicht auch eine Verarbeitung von Magnesiumwerkstoffen ohne Schutzgasanwendung, insbesondere kann auf umweltgefährdende Schutzgase ver­ zichtet werden. Als Ersatz für die Anwendung von Schutzgasen steht auch ein evakuie­ ren des Bereitstellungsraumes bis hin zur Giesskammer. Vorteilhaft wird für das Er­ wärmen bzw. Warmhalten der Bolzen die Abwärme der Bolzengiesseinrichtung mit ge­ nutzt.

Der beheizte Kanal ist bevorzugt höhenverstellbar an die Füllkammer andockbar bzw. anpressbar. Ebenso kann auch die Presse und/oder die Aufspannplatte höhenverstell­ bar ausgebildet sein.

Die Transportwege des Werkstoffs sind kurz. Durch tiefere Verarbeitungstemperaturen kann die Standzeit der Werkzeuge verlängert werden. Zudem wird der Energieaufwand reduziert, die Arbeits- und Umweltbedingungen werden verbessert.

Eine Werkstoffüberhitzung ist nicht nötig.

Neben teilflüssigen Portionen können auch flüssige Werkstoffe (konventioneller Druck­ guss) verpresst werden. Übliche Anforderungen an eine metallurgische (oder mechani­ sche) Kornfeinung usw. sind bei der Bolzenherstellung zu beachten. Es können auch, bisher wenig übliche Legierungen verwendet werden.

Im halbflüssigen Zustand des Werkstoffs ist im Normalfall keine Verschlusseinrichtung für die Giesskammer erforderlich, eher schon bei flüssigen Werkstoffen.

Mit der Erfindung werden an sich drei Prozesse vereinigt, die Herstellung von Bolzen aus der Schmelze, deren weitere Handhabung im festen Zustand und deren Verarbei­ tung im halbflüssigen Zustand.

Der Aufwand zur Bereitstellung des Werkstoffs bis zur Giesskammer wird drastisch re­ duziert.

Die Lage der Giesskammer (horizontal, vertikal oder schräg) selbst ist unerheblich.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine Prinzipanordnung.

Eine Presse 1 ist parallel zu einer konventionellen Druckgiessmaschine 2 angeordnet. Die Presse 1 enthält eine Wärmekammer 3, in welcher ein nicht dargestellter Bolzen aus einem Aluminiumwerkstoff auf eine Temperatur von ca. 450°C bis 500°C erwärmt und gehalten wird. Weitere Bolzen können in einem, ebenfalls nicht dargestellten Stan­ genmagazin bei einer Temperatur bis ca. 500°C bereitgehalten werden. Die Bolzen selbst können einfach mittels Hubstapler von der Schmelzerei angeliefert werden. Das Stangenmagazin wird in an sich bekannter Weise von der Abwärme der Schmelzerei beheizt. Alternativ ist zum Beispiel eine Gasheizung möglich.

Eine Austrittsöffnung der Wärmekammer 3 der Presse 1 ist mit einem gebogenen Heiz­ kanal 4 luftdicht verbunden. Das andere Ende des Heizkanals 4 ist an die Einfüllöffnung 5 einer Giesskammer 6 der Druckgiessmaschine 2 luftdicht andockbar. Der Heizkanal 4 ist höhenverstellbar.

Mittels einer Kolben-Zylindereinrichtung 7 der Presse 1 können die Bolzen bzw. Portio­ nen in noch fester Form unter einer Richtungsänderung von 90° in die Giesskammer 6 überführt werden. Der Heizkanal 4 weist mehrere, unabhängig steuerbare Heizele­ mente auf und seine innere Wandung ist in geeigneter Weise oberflächenbehandelt. Die Portion gelangt mit einer Temperatur unterhalb der Liquidustemperatur bzw. ver­ flüssigt mit einer Temperatur leicht oberhalb der Liquidustemperatur in die Giesskam­ mer und wird mittels eines Giesskolbens 8 in die Form gepresst.

Sowohl die Wärmekammer 3 als auch der Heizkanal 4 und die Giesskammer 6 verfü­ gen über geeignete Temperatursensoren.

Verzeichnis der Bezugszeichen

1

Presse

2

Druckgiessmaschine

3

Wärmekammer

4

Heizkanal

5

Einfüllöffnung

6

Giesskammer

7

Kolben-Zylinder-Einheit

8

Giesskolben

Claims (8)

1. Verfahren zum Druckumformen von metallischen Werkstoffen, wobei der Werkstoff in teilflüssiger bis flüssiger Form in eine Giesskammer (6) einer Spritz- bzw. Druckgiessmaschine gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass der in Form von Bolzen und/oder Portionen bereitzustellende Werkstoff erwärmt wird und direkt von einem Be­ reitstellungsraum in eine Giesskammer (6) überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überfüh­ rung unter Luftabschluss und bei Temperaturerhöhung erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Erwärmen des Werkstoffs im Bereitstellungsraum die Abwärme eines vor­ angehenden Teilprozesses genutzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Werkstoffe Aluminium- oder Magnesiumwerkstoffe sind.

5. Vorrichtung zum Druckumformen von metallischen Werkstoffen in einer Druckgiess- oder Spritzgiessmaschine, wobei der zu verarbeitende Werkstoff aus ei­ nem Bereitstellungsraum heraus in eine Giesskammer (6) der Druckgiessmaschine (2) überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereitstellungsraum eine Wärme­ kammer (3) ist, die mittels eines Heizkanals (4) direkt mit der Giesskammer (6) verbun­ den ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme­ kammer (3) als Teil einer Presse (1) parallel oder winklig bis senkrecht zur Druck­ giessmaschine (2) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkanal (4) einzeln steuerbare Heizelemente aufweist und höhenverstellbar an eine Einfüllöffnung (5) der Giesskammer (6) andockbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Giesskammer (6) horizontal oder vertikal angeordnet ist.