DE102007062436B4

DE102007062436B4 - Verfahren zur Herstellung eines Gussteils

Info

Publication number: DE102007062436B4
Application number: DE200710062436
Authority: DE
Inventors: Kai Dipl.-Ing. Kerber; Friedrich-Wilhelm Prof. Dr.-Ing. Bach; Mirko Dr.-Ing. Schaper
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: DE102007062436A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, bei dem im Druckgussverfahren eine Schmelze in eine mit Entlüftungselementen ausgestattete Gussform gegossen und so das Gussteil hergestellt wird, wobei die Schmelze gegen einen den Entlüftungselementen abgewandten Teil geführt wird, wobei der Schmelzestrom in den Formhohlraum geleitet und anschließend gegen eine Ausformung in der Druckgussform abgelenkt und dort reflektiert wird, sodass hierdurch Verwirbelungen und Querströmungen und turbulente Strömungen erzeugt werden, die in unzugänglichen Bereichen der Gussform eingeschlossene Luft in die Entlüftungselemente spülen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, bei dem im Druckgussverfahren eine Schmelze in eine mit Entlüftungselementen ausgestattete Gussform gegossen wird.
Fräswerkzeuge werden als Gussteile derzeit im Allgemeinen im Stranggießverfahren mit anschließendem Walzen in einer vorzugsweise zylindrischen Form gefertigt. Dem Walzen schließt sich eine spanende Bearbeitung des Gussteiles an, wobei die gesamte Fräserkopfoberfläche bearbeitet wird.
Die DE 10 2006 014 554 A1 beschreibt bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, bei dem im Druckgussverfahren eine Schmelze in eine mit Entlüftungselementen ausgestattete Gussform gegossen und so das Gussteil hergestellt wird, wobei die Schmelze gegen einen den Entlüftungselementen abgewandten Teil geführt wird. Dabei erfolgt eine Umlenkung im Bereich des Gießsystems vor dem Eintritt in den Formhohlraum.
Die DE 10 2006 019 851 A1 offenbart die Anordnung einer Prallwand sowie eines Aufprallelements innerhalb des Gießsystems, also bis zur Ebene des Anschnittquerschnitts.
Durch die DE 570 134 A ist das Herstellen von Gussteilen, insbesondere von Schneidwerkzeugen wie Fräsern, mittels einer gießbaren Eisenlegierung bekannt. Als Bestandteil der Eisenlegierungen für die Schneidwerkzeuge dienen Chrom, Wolfram, Kobalt und Molybdän. Das Werkstück erhält die Fertiggestalt durch Gießen.
Durch die AT 174 390 B ist es ebenfalls bekannt, im Hinblick auf eine Fertigungskostenoptimierung einen Fräserkopf zu gießen. Die bevorzugten Legierungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie gut gießbar, härtbar und im Gebrauch bei unverminderter Rockwellhärte wärmebeständig sind.
Die DE 11 66 231 A offenbart auch bereits ein Verfahren zum Herstellen gegossener Schnellstahlwerkzeuge unter Vermeidung eines übermäßig groben Gusskorns, bestehend aus einem Stahl, dessen Kohlenstoffgehalt 0,1% bis 0,4% über der für typengleichen warmverformten Schnellstahl zulässigen oberen Grenze liegt. Hierzu werden die Gussteile nach dem Gießen einer Diffusionsglühung unterzogen.
Die DE 17 96 517 U beschreibt einen Fräser aus einem Hartmetallrundstäbchen mit einem kleinen Durchmesser. Das Hartmetallrundstäbchen wird mit einem Kunststoff oder einem Metall, beispielsweise Aluminium, umgossen.
Die US 49 86 334 A offenbart eine Druckgussmaschine, deren Aufgabe darin besteht, unter Vermeidung von Verwirbelungen einen Druckgussprozess zu realisieren. Hierzu kann der Injektor mittels eines Antriebs für eine Hin- und Herbewegung, wie beispielsweise einem Hydraulikzylinder mit Kolben, aus seiner Einspritzposition für das geschmolzene Metall in die Auffüllposition für das geschmolzene Metall schwingend bzw. hin- und herbewegt werden. Das geschmolzene Metall durchläuft dabei einen abgeschrägten Hohlraum.
Die EP 05 35 421 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Bauteilen, bei welchem flüssiges oder teilflüssiges Material in einen zumindest aus zwei Formhälften gebildeten Formhohlraum eingebracht wird. Dabei wird der Werkstoff in zumindest einer unmittelbar an den Formhohlraum angrenzenden Füllkammer in eine für die Formfüllung geeignete Konsistenz gebracht, dann in den für die Entlüftung noch nicht vollständig geschlossenen Formhohlraum befördert und dort nach Schließen des Formhohlraums während der Verfestigung unter Druck gehalten.
Die DE 10 2004 008 157 A1 bezieht sich auf eine Gießmaschine zur Herstellung von Gussteilen, insbesondere auf eine Gießmaschine zur Herstellung von Gussteilen aus NE-Metallen nach einem Kaltkammergießverfahren. Die Gießeinheiten sind darauf ausgelegt, eine Schmelze in ihrer Gießkammer mit einer zur Bewegungsrichtung der Formschließeinheit senkrechten Förderrichtungskomponente zu fördern.
Aufgrund der bei Kaltkammergießmaschinen relativ langen Dosierzeit besteht die Gefahr, dass ein Teil der Schmelze bereits in der Gießkammer erstarrt. Die Gießkolbengeschwindigkeit in der Vorfüllphase ist je nach Maschinenauslegung typischerweise in einem Bereich zwischen 0,1 m/s bis 1,0 m/s einstellbar, sodass einerseits die Schmelze möglichst rasch gefördert wird und andererseits Lufteinschlüsse z. B. durch Überschlagen einer sich vor dem Gießkolben aufbauenden Welle der Schmelze durch Gischtbildung und/oder durch Reflexion im Gießrestbereich möglichst vermieden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Herstellung eines Gussteils wesentlich zu vereinfachen und insbesondere den Nachbearbeitungsaufwand erheblich zu verringern.
Diese Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteiles zu schaffen, wird erfindungsgemäß gelöst, indem im Druckgussverfahren eine Schmelze in eine mit Entlüftungselementen ausgestattete Gussform gegossen und so das Gussteil hergestellt wird, wobei die Schmelze gegen einen den Entlüftungselementen abgewandten Teil geführt wird, wobei der Schmelzestrom in den Formhohlraum geleitet und anschließend gegen eine Ausformung in der Druckgussform abgelenkt und dort reflektiert wird, sodass hierdurch Verwirbelungen und Querströmungen sowie turbulente Strömungen erzeugt werden, die in unzugänglichen Bereichen der Gussform eingeschlossene Luft in die Entlüftungselemente spülen. Der Erfindung liegt dabei die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass mögliche Lufteinschlüsse aufgrund der Wirbelbildung zuverlässig abgeführt und den Entlüftungselementen bzw. einem Luftboden der Druckgussform zugeführt werden können. In Abkehr zu dem Stand der Technik, bei dem stets ein laminarer Strömungsverlauf aufgrund der nur scheinbar zutreffenden Erkenntnis gewünscht ist, dass lediglich eine laminare Strömung einen ausreichenden Schutz vor unerwünschten Lufteinschlüssen bietet, lehrt das erfindungsgemäße Verfahren also die gezielte Wirbelbildung. Insbesondere geht die vorliegende Erfindung davon aus, dass durch die Wirbelbildung aufgrund von Reflexionen, insbesondere durch Aufeinandertreffen verschiedener Fließfronten im Bereich solcher Lufteinschlüsse, diese mitgerissen und aus der Druckgussform herausgespült werden. Die Wirbel oder Reflexionen werden durch Ablenkung der in die Druckgussform einströmenden Schmelze erzeugt. Hierdurch werden also die gewünschten Wirbel oder Reflexionen durch die Ausformung der Druckgussform entlang des Strömungsverlaufes bestimmt, sodass diese sich in optimaler Weise vorherbestimmen lassen. Zudem wird auf diese Weise eine zuverlässige Reproduzierbarkeit sichergestellt, sodass hohe Qualitätsanforderungen problemlos erfüllt werden können.
Die Wirbelbildung könnte durch den insbesondere sprunghaft abweichenden Querschnitt des Strömungskanals erreicht werden. Besonders effizient erfolgt die Wirbelbildung jedoch dadurch, dass die einströmende Schmelze derart in der Druckgussform abgelenkt wird, dass diese mit nachströmender Schmelze kollidiert, um so eine besonders starke Verwirbelung zu erreichen.
Die Strömungsablenkung kann durch den vorbestimmten Strömungsverlauf der einströmenden Schmelze bestimmt sein. Weiterhin kann die Schmelze laminar mittels entsprechend positionierter Strömungsleitelemente gegen den Teil geführt werden. Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn die Schmelze laminar durch entsprechend positionierte Anschnitte gegen den Teil, beispielsweise auch einen Kern geführt wird.
Hierzu eignet sich eine Ausgestaltung, bei welcher der Schmelzestrom zunächst gegen eine, eine Fräsermaschinenflanschaufnahme des Gussteiles bildende Ausformung in der Druckgussform abgelenkt wird, um so die Verwirbelung zu erzeugen.
Die Ablenkungen können grundsätzlich beliebig sein, wobei gemäß einer besonders Erfolg versprechenden Abwandlung die Strömungsablenkung der Schmelze eine Umlenkung zwischen 90° und 270°, insbesondere zwischen 120° und 240° umfasst, sodass die Fließfronten der zuvor abgelenkten Schmelze und die Fließfront der nachströmenden Schmelze nicht frontal, sondern seitlich aufeinandertreffen, wodurch sich in optimaler Weise der gewünschte Wirbel ausbildet.
Eine andere, ebenfalls besonders praxisgerechte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann erreicht, wenn die Strömungsablenkung der Schmelze aufgrund einer oder mehrerer mit der Gießform verbundener Strömungsleitelemente erfolgt, sodass die Wirbelbildung grundsätzlich bei nahezu beliebigen Formgebungen des herzustellenden Gussteilgrundkörpers realisierbar ist. Insbesondere können mittels der Strömungsleitelemente auch bei kompakten Bauformen, die frei von Hinterschneidungen sind, entsprechende Wirbelbildungen erreicht werden. Die Strömungsleitelemente werden hierzu nach dem Gießvorgang wieder entfernt.
Grundsätzlich ist das Verfahren für nahezu beliebige Gießverfahren einsetzbar. Besonders Erfolg versprechend ist hingegen eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung, bei welcher ein Aluminium- oder Magnesiumdruckgussverfahren angewendet wird und eine Al-Legierung zum Einsatz kommt.
Eine weitere, ebenfalls besonders gewinnbringende Ausführungsform wird dadurch erreicht, dass ein Aluminium- oder Magnesiumwerkstoff mit magnetischen Eigenschaften verwendet wird, um so durch Ausnutzung des Villari-Effekts, also die Änderung der magnetischen Eigenschaften eines Objekts unter dem Einfluss mechanischer Kräfte, zu jedem Zeitpunkt Informationen über seinen Zustand, insbesondere die Festigkeit, erhalten zu können.
Eine andere, ebenfalls besonders zielführende Ausgestaltung der Erfindung wird dann erreicht, wenn die Schmelze durch die jeweils unterhalb einer waagerechten Rotationsachse des Gussteils angeordneten Anschnitte gegen den Teil geführt wird. Dabei strömt die Schmelze durch untere Vorsprünge des Gussteilgrundkörpers ein, welche später ein Aufnahmeelement für abtragende Bearbeitungselemente bilden, und gelangt nach dem Durchströmen der inneren Druckgussform in die oberen Vorsprünge des Gussteilgrundkörpers, die gleichmäßig verteilt am Umfang des Gussteilgrundkörpers angeordnet sind.
Weiterhin wird eine Druckgussform zur Herstellung eines Gussteils geschaffen, wobei die Druckgussform derart beschaffen ist, dass sich beim Einströmen der Schmelze, insbesonde re Leichtmetallschmelze, Wirbel und/oder Reflexionen bilden. Dabei begünstigt nicht etwa eine besonders gleichmäßig einfließende Schmelze die Vermeidung von Lufteinschlüssen, sondern es werden mögliche Lufteinschlüsse aufgrund der Wirbelbildung zuverlässig abgeführt. Dabei geht die Erfindung davon aus, dass Lufteinschlüsse durch die Wirbelbildung aufgrund von Reflexionen, insbesondere dem Aufeinandertreffen verschiedener Fließfronten im Bereich solcher Lufteinschlüsse, mitgerissen und aus der Druckgussform herausgespült werden können.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Druckgussform zur Herstellung eines Aufnahmeelementes für abtragende Bearbeitungselemente mit einem Gussteilgrundkörper 1. Zu erkennen ist das durch Fließfronten 5 gekennzeichnete Einströmen der Leichmetallschmelze in die Druckgussform. Um dabei der Problematik bei der Verwendung von Leichtmetall, insbesondere Aluminium als Gusswerkstoff, zu begegnen, wird die Schmelze derart in die Druckgussform eingeleitet, dass beim Einströmen der Schmelze gezielt Verwirbelungen 6, Querströmungen oder turbulente Strömungen erzeugt werden, die mögliche Lufteinschlüsse mitreißen. Bevorzugt wird dabei der Schmelzestrom zunächst durch die unteren Anschnitte 2 für Schneiden in den Formhohlraum geleitet und anschließend gegen eine eine Fräsermaschinenflanschaufnahme 3 an dem Gussteilgrundkörper 1 bildende Ausformung in der Druckgussform abgelenkt, um so die Verwirbelungen, Querströmungen oder turbulente Strömungen zu erzeugen. Während des Gießens ist die Druckgussform in einer Orientierung festgelegt, in welcher der Gussteilgrundkörper 1 eine waagerechte Rotationsachse 4 beschreibt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gussteils, bei dem im Druckgussverfahren eine Schmelze in eine mit Entlüftungselementen ausgestattete Gussform gegossen und so das Gussteil hergestellt wird, wobei die Schmelze gegen einen den Entlüftungselementen abgewandten Teil geführt wird, wobei der Schmelzestrom in den Formhohlraum geleitet und anschließend gegen eine Ausformung in der Druckgussform abgelenkt und dort reflektiert wird, sodass hierdurch Verwirbelungen und Querströmungen und turbulente Strömungen erzeugt werden, die in unzugänglichen Bereichen der Gussform eingeschlossene Luft in die Entlüftungselemente spülen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze derart gegen den Teil geführt und reflektiert wird, dass diese mit der nachströmenden Schmelze kollidiert.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze laminar mittels entsprechend positionierter Strömungsleitelemente gegen den Teil geführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze laminar durch entsprechend positionierte Anschnitte gegen den Teil geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze durch die jeweils unterhalb einer waagerechten Rotationsachse des Gussteils angeordneten Anschnitte gegen den Teil geführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei laminar einströmender Schmelze durch abschließende Verfahrensdruckerhöhung die durch die Schmelze noch nicht gänzlich herausgespülten Gasrückstände in den den Anschnitten zugewandten Teil gespült werden.