DE102012207090A1

DE102012207090A1 - Gießverfahren und -werkzeug

Info

Publication number: DE102012207090A1
Application number: DE201210207090
Authority: DE
Inventors: Celestine Obuna; Jacques Guyon; Thomas Hutzler
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-31
Also published as: EP2841223B1; IN2014KN02342A; CN104271288A; EP2841223A2; ES2678621T3; BR112014026793B1; MX2014013032A; HUE037819T2; US20150122448A1; MX364761B; CN104271288B; WO2013160447A2; BR112014026793A2; PL2841223T3; WO2013160447A3

Abstract

Bei einem Verfahren zum Gießen eines weitgehend rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere eines Kolbens (10) für eine Verbrennungsmotor, werden die den Gießhohlraum definierenden Werkzeugabschnitte nach dem Befüllen und vor dem Erstarren um zumindest 45 Grad um eine horizontale Achse derart gekippt, dass sich die Rotationsachse (A) des Bauteils (10) in Richtung der Vertikalen bewegt. Es wird ferner ein Gießwerkzeug offenbart, bei dem die den Gießhohlraum definierenden Werkzeugabschnitte nach dem Befüllen und vor dem Erstarren um mindestens 45 Grad um eine horizontale Achse derart kippbar sind, dass sich die Rotationsachse (A) des Bauteils (10) in Richtung der Vertikalen bewegt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines weitgehend rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, sowie ein zugehöriges Gießwerkzeug.
Bei rotationssymmetrischen Bauteilen, wie zum Beispiel Kolben für Verbrennungsmotoren, sind liegende und stehende Gießverfahren bekannt. Bei den liegenden Gießverfahren ist die Rotationsachse des zu gießenden Bauteils im Wesentlichen horizontal ausgerichtet. Dieses Verfahren kommt gegenwärtig mehrheitlich bei der Herstellung von Dieselkolben in Einsatz, die überwiegend mit Einlegeteilen, wie zum Beispiel Ringträgern und Salzkernen für den späteren Kühlkanal eingegossen werden. Zum Gießen von Kolben für Ottomotoren, die größtenteils keine Eingießteile aufweisen, kommt überwiegend die stehende Gießweise zum Einsatz.
STAND DER TECHNIK
Für die stehende Gießweise sind als Vorbenutzungsgegenstände Maschinen bekannt, die es ermöglichen, in einem bis zu 30 Grad aus der Vertikalen gekippten Zustand zu gießen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gießverfahren und ein zugehöriges Werkzeug zu schaffen, dass gegenüber den bekannten Vorgehensweisen verbessert ist, und zumindest einige der Vorteile sowohl der liegenden als auch der stehenden Gießweise zu kombinieren.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum Einen durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren.
Demzufolge werden die den Gießhohlraum definierenden Werkzeugabschnitte nach dem Befüllen des Gießhohlraums oder zumindest gegen Ende dieses Vorgangs und vor dem Erstarren um zumindest 45 Grad um eine horizontale Achse derart gedreht oder gekippt, dass sich die Rotationsachse des zu gießenden Bauteils in Richtung der Vertikalen bewegt und sich dieser vorzugsweise zumindest annähert. Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit im Wesentlichen darin, den Gießhohlraum in einer weitgehend „liegenden” Position des Gießhohlraums zu befüllen. Dies bietet besonders günstige Füllbedingungen, da vergleichsweise dünne Bereiche, wie zum Beispiel die verbleibende Wanddicke zwischen einem späteren Kühlkanal eines Kolbens und einem Ringträger besser befüllt werden können, als bei der stehenden Gießweise. Ferner werden Fremdstoffe, die in dem gegossenen Bauteil Fehlstellen darstellen, wie beispielsweise Oxide oder Alfinreste, bei dem Befüllen im liegenden Zustand in vorteilhafter Weise in Bereiche des Werkstücks geleitet, die später mit wenig Aufwand entfernt werden können oder ohnehin bearbeitet und damit entfernt werden müssen.
Die Erfindung nutzt die Vorteile der stehenden Gießweise insofern, als hier das Speisungsverhalten besser ist. Dies beruht im Wesentlichen darauf, dass ein weitgehend rotationssymmetrisches Bauteil gegossen wird, dessen Gießhohlraum bei der liegenden Gießweise mit einem einseitig liegenden Speiser gefüllt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Kippen in Richtung der stehenden Gießweise wird das günstigere, weitgehend symmetrische Speisungsverhalten eines zentralen Speisers genutzt. Es wird insbesondere erwartet, dass durch die verbesserte Speisung die Porosität in dem gegossenen Bauteil verringert wird.
Erfindungsgemäß kommt es darauf an, dass der Gießhohlraum insgesamt gekippt wird, so dass die Rotationsachse des zu gießenden Bauteils, wie beschrieben, ihre Ausrichtung ändert. Die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren, bei denen einzelne Werkzeugabschnitte, die an den Gießhohlraum angrenzen, diesen jedoch nicht insgesamt definieren, verschwenkbar sind, ist insoweit mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise nicht vergleichbar.
Das Werkzeug kann insgesamt als Kokille bezeichnet werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Um das Verhalten des in den Gießhohlraum zu füllenden oder eingefüllten Materials in vorteilhafter Weise besonders fein beeinflussen zu können, wird bevorzugt, dass die Kippbewegung, mit anderen Worten, die Lage der Rotationsachse des Bauteils beim Einfüllen, und/oder der Kippwinkel und/oder die Lage der Rotationsachse des Bauteils beim Erstarren einstellbar sind. Durch eine flexible Einstellung des Kippwinkels kann in vorteilhafter Weise das Füllverhalten und/oder das Erstarrungsverhalten individuell beeinflusst werden.
Um die Vorteile und die bestehende Erfahrung mit liegenden Gießweisen besonders umfangreich nutzten zu können, wird derzeit bevorzugt, dass die Rotationsachse des zu gießenden Bauteils beim Befüllen weitgehend horizontal ausgerichtet ist.
Aus den gleichen Gründen bietet es Vorteile, wenn die Rotationsachse des zu gießenden Bauteils beim Erstarren weitgehend vertikal ausgerichtet ist.
Für die Befüllung des Gießhohlraums wird zur Nutzung der Vorteile einer liegenden Gießweise bevorzugt, dass das flüssige Material an einem seitlichen Bereich des zu gießenden Bauteils eingefüllt wird. Mit anderen Worten befindet sich ein Anguss in einem seitlichen Bereich und bevorzugt etwa im unteren Drittel des bei liegender Gießweise zu befüllenden Gießhohlraums.
Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Gießwerkzeug bietet es Vorteile, wenn der Formhohlraum zumindest eine Aussparung aufweist, die sich bei liegender Gießweise in einem oberen, bevorzugt am höchsten Bereich des Formhohlraums befindet. Hierdurch bildet sich in diesem Bereich nach dem vollständigen Befüllen eine Art Schmutztasche, in die jegliche Verunreinigungen gespült wurden.
Die Vorteile der stehenden Gießweise lassen sich besonders umfangreich dadurch nutzen, dass ein Speiser nach dem Kippen des Gießhohlraums in einem oberen Bereich angeordnet ist.
Wie eingangs angedeutet, entfaltet das erfindungsgemäße Verfahren in besonderer Weise seine Vorteile, wenn das zu gießende Bauteil mit zumindest einem Einlegeteil, wie zum Beispiel einem Ringträger und/oder einem Kern für einen Kühlkanal im Falle eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor gegossen wird. Wenngleich es leichter ist, und deshalb eine bevorzugte Möglichkeit darstellt, Eingießteile bei einer liegenden Ausrichtung des zu gießenden Bauteils einzulegen, wird es für bestimmte Anwendungsfälle bevorzugt, Eingießteile bei stehender Gießweise einzulegen, nachfolgend das Werkzeug zu kippen, und bei liegender Gießweise den Formhohlraum zu befüllen.
Die Lösung der oben genannten Aufgabe erfolgt ferner durch das im Anspruch 8 beschriebene Gießwerkzeug, mit dem das vorangehend beschriebene Verfahren einschließlich seiner Vorteile vorrichtungstechnisch umgesetzt wird. Die bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gießwerkzeugs entsprechen im Wesentlichen denjenigen der vorangehend beschriebenen, bevorzugten Verfahren. Es sei außerdem erwähnt, dass die einzelnen Merkmale sämtliche hierin beschriebenen Verfahren auf die Vorrichtung anwendbar sind und umgekehrt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Figur zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorgehensweise beim Gießen eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Wie in der Figur zu erkennen ist, wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand des positiv dargestellten, zu gießenden Kolbens 10 für einen Verbrennungsmotor erläutert, es versteht sich jedoch, dass der Gießhohlraum, den der spätere Kolben einnimmt, zunächst leer ist und von geeigneten, nicht dargestellten, Werkzeugabschnitten definiert und umgrenzt wird. Wie in der Figur dargestellt, ist die Rotationsachse A des zu erzeugenden Kolbens im Ausgangszustand, das heißt zum Befüllen des Formhohlraums, weitgehend horizontal ausgerichtet. Etwa in der Mitte des Kolbens ist dessen Kolbenbolzenbohrung 12 zu erkennen. Ferner ist für das gezeigte Beispiel in dem einen Endbereich, der nach dem Kippen (vergleiche den rechten Teil der Figur) oben ist, ein Speiser 16 vorhanden. Während des Befüllens, befindet sich der Speiser an einer Seite des Werkstücks, nach dem Befüllen, und zum Erstarren des Werkstücks jedoch an der höchsten Stelle des Werkstücks. Mit 14 ist in der Figur ein Anguss bezeichnet, der sich beim Befüllen des Gießhohlraums seitlich, gemäß der Darstellung in der Figur ”vor” dem Formhohlraum befindet. An der beim Eingießen höchsten Stelle des Formhohlraums wird bevorzugt eine (nicht gezeigte) Aussparung in dem Formhohlraum vorgesehen, die eine Art Schmutztasche bildet, zu der Verunreinigungen gespült werden. Hier können diese bei der nachfolgenden Bearbeitung leicht entfernt werden.
Die Symmetrie des zu erzeugenden Kolbens 10 im Rahmen des Erstarrungsvorganges wird dadurch genutzt, dass der den späteren Kolben definierende Formhohlraum, wie im rechten Bereich der Figur gezeigt, nach dem Einfüllen des schmelzflüssigen Materials derart gekippt wird, dass die Rotationsachse des zu erzeugenden Bauteils weitgehend senkrecht ausgerichtet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform befindet sich der Speiser 16 in diesem Zustand in einem oberen Bereich. In dieser Ausrichtung ist für die Erstarrungsbedingungen zu erwarten, dass sie an dem erzeugten Bauteil zu vorteilhaften Eigenschaften führen. Beispielsweise befinden sich Fremdstoffe, wie zum Beispiel Oxide und Alfinreste aufgrund des Einfüllens im liegenden Zustand in einem Randbereich des Kolbens, wo sie leicht entfernt werden können, und nicht, wie dies bei einem Einfüllen im stehenden Zustand zu erwarten ist, in einem Bodenbereich des Kolbens. Dieser Bodenbereich kann demnach durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise als fertig gegossener und nicht mehr nachzubearbeitender Bodenbereich mit entsprechenden Konturen vorgesehen werden.

Claims

Verfahren zum Gießen eines weitgehend rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere eines Kolbens (10) für einen Verbrennungsmotor, bei dem die den Gießhohlraum definierenden Werkzeugabschnitte nach dem Befüllen und vor dem Erstarren um zumindest 45 Grad um eine horizontale Achse derart gekippt werden, dass sich die Rotationsachse (A) des Bauteils (10) in Richtung der Vertikalen bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kippwinkel einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (A) des Bauteils (10) beim Befüllen weitgehend horizontal ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (A) des Bauteils (10) beim Erstarren weitgehend vertikal ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießmaterial an an einem seitlichen Bereich des Bauteils (10) eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speiser (16) nach dem Kippen der Werkzeugabschnitte in einem oberen Bereich des Bauteils (10) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Bauteil (10) zumindest ein Einlegeteil eingegossen wird.
Gießwerkzeug, bei dem die den Gießhohlraum definierenden Werkzeugabschnitte nach dem Befüllen und vor dem Erstarren um mindestens 45 Grad um eine horizontale Achse derart kippbar sind, dass sich die Rotationsachse (A) des Bauteils (10) in Richtung der Vertikalen bewegt.
Gießwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kippwinkel einstellbar ist.
Gießwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speiser an einem entlang der Rotationsachse (A) des Bauteils (10) am Ende des Bauteils (10) liegenden Bereich angeordnet ist.
Gießwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die den Gießhohlraum definierenden Werkzeugabschnitte derart kippbar sind, dass ein Speiser (16) nach dem Kippen in einem oberen Bereich angeordnet ist.
Gießwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraum zumindest eine Aussparung aufweist, die sich bei waagrechter Ausrichtung der Rotationsachse des zu gießenden Bauteils (10) in einem oberen Bereich, bevorzugt an einem höchsten Punkt befindet.