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DE19925541C1 - Molding tool used e.g. for light metal die casting consists of a first category of tool parts and second category of tool parts - Google Patents

Molding tool used e.g. for light metal die casting consists of a first category of tool parts and second category of tool parts

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DE19925541C1
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Abstract

Molding tool consists of a first category of tool parts having complicated geometry of mold-producing contours and/or smaller dimensions and being laser-sintered; and a second category of tool parts having a simple geometry of mold-producing contours and/or larger dimensions not suited for finishing by laser sintering and consisting of cast parts that are close to the final contour. An Independent claim is also included for a process for the production of the molding tool, which comprises: (a) producing the first category tool parts; (b) producing the second category parts; and (c) joining the two tool types of tool parts. The crude tool parts are produced by determining the geometry data of intermediate molds whose casting delivers the crude tool parts to finish the tool parts of the second category; producing the intermediate molds by sintering the molding material and subsequently hardening or second casting a model in the molding material, where the molding material is selected so that it maintains the load by single casting with the casting material in the next step; and casting the metallic material in the intermediate molds.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dauerurformwerkzeug, insbesondere für den Leichtmetalldruckguß sowie die Fertigung von Kunststoff-, Glas- und Keramikteilen, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a permanent shaping tool, in particular for light metal die casting as well as the production of plastic, glass and ceramic parts, as well as a process for its Manufacturing.

Zur Zeit werden die formgebenden Konturen von Dauerurformwerkzeugen mittels konventioneller Verfahren wie spanender Bearbeitung (z. B. Fräsen) und/oder Erodieren erzeugt. Das Erodieren kommt besonders für solche Abschnitte der formgebenden Kontur zum Einsatz, die schmale, tiefe Elemente oder senkrechte bzw. schräglaufende kleine Radien bzw. scharfe Kanten enthalten und somit nur mit großem Aufwand bzw. nicht zu fräsen sind. Es wird jedoch allgemein angestrebt, die formgebenden Konturen möglichst ohne Erodieren zu erzeugen, da sich die technologisch bedingte thermische Einwirkung auf die Konturoberfläche negativ auf die Standzeit der formgebenden Kontur auswirkt. Das Bestreben, möglichst die gesamte formgebende Kontur mittels spanender Bearbeitung herzustellen, führt bei der ständig wachsenden Komplexität der Konturgeometrie aber dazu, daß die eingesetzten Fräswerkzeuge immer kleinere Durchmesser und gleichzeitig größere Längen haben müssen. Das wiederum erschwert die Fräsbearbeitung der Konturgeometrie.At the moment the shaping contours of permanent shaping tools are used conventional processes such as machining (e.g. milling) and / or eroding. The eroding is used especially for such sections of the shaping contour, the narrow, deep elements or vertical or inclined small radii or sharp ones Contain edges and are therefore difficult or impossible to mill. However, it will generally strives to create the shaping contours as possible without eroding, since the technologically caused thermal influence on the contour surface negatively on the Service life of the shaping contour. The endeavor, if possible, the entire shaping Creating contours by machining leads to the ever increasing complexity but the contour geometry means that the milling tools used are becoming smaller and smaller in diameter and have to have longer lengths at the same time. This in turn complicates the milling of the Contour geometry.

Es ist auch bekannt, mit Laser-Sinterverfahren unter Verwendung von feinkörnigem Stahlpulver direkt einsatzfähige Werkzeugteile für Spritzgießformen herzustellen (Giesserei 83 (1996) Nr. 23, S 26). Mit diesem Verfahren ist es möglich, beliebige Werkzeugoberflächen zu erzeugen. Derzeit können metall-lasergesinterte Werkzeugteile jedoch nur mit Abmessungen bis maximal 200 × 200 × 150 mm hergestellt werden. Damit ist dieses Verfahren wenig geeignet zur Herstellung größerer Werkzeugteile, weil ein großer Prozentsatz der Dauerurformwerkzeuge größere Abmessungen aufweist.It is also known to use laser sintering methods using fine grain steel powder to produce directly usable tool parts for injection molds (Giesserei 83 (1996) No. 23, S 26). With this method it is possible to create any tool surface. Currently However, metal-laser-sintered tool parts can only have dimensions up to a maximum 200 × 200 × 150 mm can be produced. This method is therefore unsuitable for Manufacture of larger tool parts because a large percentage of permanent forming tools has larger dimensions.

Es ist weiterhin bekannt, in Dauerurformwerkzeugen auswechselbare Werkzeugteile mit formgebenden Konturen einzusetzen. Damit können schnell verschleißende Abschnitte der formgebenden Kontur in kurzer Zeit erneuert werden, ohne tiefgreifende Reparaturarbeiten (z. B. Aufschweißen mit anschließender spanender Bearbeitung) durchführen zu müssen. Zweitens lassen sich mit Hilfe von auswechselbaren Werkzeugteilen mit voneinander abweichender formgebender Kontur Gußteile o. ä. mit variierender Kontur erzeugen. It is also known to have interchangeable tool parts in permanent forming tools use shaping contours. This allows quickly wearing sections of the shaping contour can be renewed in a short time without extensive repair work (e.g. Welding with subsequent machining). Secondly can be changed with the help of interchangeable tool parts Forming contour Create castings or similar with a varying contour.  

Aufgrund dieser Vorteile wurde auch die Kombination von metall-lasergesinterten Werkzeugteilen mit formgebenden Konturen und konventionell erzeugten Werkzeugteilen mit nichtformgebenden Konturen (z. B. der Anschnitt) in Dauerurformwerkzeugen untersucht. Solche Werkzeugteile mit nichtformgebenden Konturen sind mittels konventioneller Verfahren Zeit- und kostengünstig herstellbar. Mit dieser Kombination konnten jedoch nicht die Größenbeschränkungen metall-lasergesinterter Werkzeugteile mit formgebender Kontur überwunden werden.Because of these advantages, the combination of metal laser sintered Tool parts with shaping contours and conventionally produced tool parts with non-shaping contours (e.g. the gate) were examined in permanent shaping tools. Such Tool parts with non-shaping contours are time and time using conventional methods inexpensive to manufacture. With this combination, however, could not Size restrictions of metal-laser sintered tool parts with shaping contours be overcome.

An sich besteht auch die Möglichkeit, die kleineren, kompliziert geformten Werkzeugteile mittels Metall-Lasersinterung herzustellen und die anderen Werkzeugteile, die eine einfache Geometrie der formgebenden Kontur aufweisen und/oder größere, für die Fertigung mittels Metall- Lasersintern ungeeignete Abmessungen besitzen, mittels konventioneller Verfahren. Bezüglich des zu ihrer Fertigung notwendigen Zeitaufwandes besitzt diese gedachte Kombinationsvariante jedoch keine Vorteile gegenüber dem Fall, bei dem ausschließlich konventionelle Verfahren eingesetzt werden.In itself, there is also the possibility of using the smaller, more complex shaped tool parts Manufacture metal laser sintering and the other tool parts that have a simple geometry the shaping contour and / or larger, for the production by means of metal Laser sintering has unsuitable dimensions using conventional methods. Regarding the This imaginary combination variant has the time required to manufacture it however no advantages over the case where only conventional methods be used.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Dauerurformwerkzeug und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, das die Vorteile von metall-lasergesinterten Werkzeugteilen mit formgebender Kontur besitzt, ohne die bisher üblichen Größenbeschränkung aufzuweisen und bezüglich der Fertigungszeit den konventionellen Verfahren wie spanende Bearbeitung (z. B. Fräsen) und/oder Erodieren überlegen ist.The object of the invention is therefore to provide a permanent shaping tool and a method to create its manufacture, which shares the advantages of metal-laser-sintered tool parts has a shaping contour without the usual size limitation and with regard to the manufacturing time, the conventional methods such as machining (e.g. Milling) and / or eroding is superior.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Dauerurformwerkzeug sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß Anspruch 1 und 2 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a permanent shaping tool and a method its manufacture according to claims 1 and 2 solved.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, das Dauerurformwerkzeug aus zwei Kategorien von Werkzeugteilen zusammenzusetzen. Die zu einer ersten Kategorie gehörenden Werkzeugteile, die eine komplizierte Geometrie der formgebenden Kontur und/oder kleinere Abmessungen aufweisen, werden mittels Metall-Lasersintern hergestellt. Die zu einer zweiten Kategorie gehörenden Werkzeugteile, die eine einfache Geometrie der formgebenden Kontur und/oder größere, für die Fertigung mittels Metall-Lasersintern ungeeignete Abmessungen aufweisen, werden mittels konventioneller Verfahren wie Fräsen, Erodieren u. dgl. aus endkonturnah gegossenen Werkzeugrohteilen hergestellt. Diese endkonturnah gegossenen Werkzeugrohteile werden durch Abguß von Zwischenformen hergestellt, die wegen der geringen Anforderungen an ihre Standzeit auch als verlorene Formen ausgebildet sein können. The basic principle of the invention is the permanent forming tool from two categories assemble of tool parts. Those belonging to a first category Tool parts that have a complicated geometry of the shaping contour and / or smaller Have dimensions are produced by means of metal laser sintering. The second one Category belonging tool parts that have a simple geometry of the shaping contour and / or larger dimensions which are unsuitable for production by means of metal laser sintering have, are by conventional methods such as milling, eroding and. Like Molded raw tool parts produced close to the final contour. These are cast close to the final contour Tool blanks are made by casting intermediate molds, which because of the small Requirements for their service life can also be designed as lost forms.  

Die so erzeugten Werkzeugteile beider Kategorien werden zum Dauerurformwerkzeug gefügt. Auf diese Weise ermöglicht es die Erfindung, ein Dauerurformwerkzeug herzustellen, das die Vorteile von metall-lasergesinterten Werkzeugteilen mit formgebender Kontur besitzt, ohne die bisher üblichen Größenbeschränkung aufzuweisen und ist bezüglich der Fertigungszeit den konventionellen Verfahren wie spanende Bearbeitung (z. B. Fräsen) und/oder Erodieren überlegen.The tool parts of both categories created in this way are added to the permanent forming tool. In this way, the invention makes it possible to produce a permanent shaping tool which Advantages of metal-laser-sintered tool parts with a shaping contour, without that previously usual size limit and is the manufacturing time conventional processes such as machining (e.g. milling) and / or eroding think.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements of the invention result from the subclaims.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.The invention is based on an exemplary embodiment with reference to the enclosed drawing explained in more detail.

In Fig. 1 ist schematisiert die Angußseite eines Dauerurformwerkzeuges für ein Gehäusebauteil dargestellt. Der Werkzeugrahmen 1 umschließt den Formeinsatz 2. Dieser Formeinsatz enthält den Formhohlraum mit der formgebenden Kontur sowie Teile des Angußsystems. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann die formgebende Kontur in Abschnitte mit unterschiedlichem Kompliziertheitsgrad unterteilt werden. So ist ein Abschnitt 3 der formgebenden Kontur mit relativ einfacher Konturgeometrie und ein Abschnitt 4 der formgebenden Kontur mit komplexer Konturgeometrie ersichtlich.In Fig. 1, the sprue side of a permanent forming tool for a housing component is shown schematically. The tool frame 1 encloses the mold insert 2 . This mold insert contains the mold cavity with the shaping contour and parts of the sprue system. As can be seen from FIG. 1, the shaping contour can be divided into sections with different degrees of complexity. A section 3 of the shaping contour with a relatively simple contour geometry and a section 4 of the shaping contour with a complex contour geometry can be seen.

Im Sinne der Erfindung wird der Abschnitt 3 der formgebenden Kontur mit, hinsichtlich der Fertigung, einfacher Konturgeometrie durch herkömmliche Verfahren, wie zum Beispiel Fräsen und/oder Erodieren erzeugt.In the sense of the invention, section 3 of the shaping contour is produced with a simple contour geometry with regard to production by conventional methods, such as milling and / or eroding.

Dagegen werden die Werkzeugteile mit einer formgebenden Kontur mit komplizierter Konturgeometrie mit der Begrenzung 5, wie zum Beispiel sehr schmale Verrippungen im Abschnitt 4, separat mit dem Metall-Lasersinterverfahren hergestellt. Bei der Fertigung des Formeinsatzes 2 wird eine Aussparung mit der Begrenzung 5 vorgesehen, die der Aufnahme des metall-lasergesinterten Werkzeugteiles dient, welches mit dem Formeinsatz 2 montiert wird.In contrast, the tool parts with a shaping contour with a complicated contour geometry with the boundary 5 , such as, for example, very narrow ribs in section 4 , are produced separately using the metal laser sintering process. In the manufacture of the mold insert 2 , a recess is provided with the boundary 5 , which serves to receive the metal-laser-sintered tool part, which is mounted with the mold insert 2 .

Claims (6)

1. Aus mehreren Werkzeugteilen zusammengesetztes Dauerurformwerkzeug, insbesondere für den Leichtmetalldruckguß sowie die Fertigung von Kunststoff-, Glas- und Keramikteilen, bei dem
  • 1. eine erste Kategorie von Werkzeugteilen, die eine komplizierte Geometrie der formgebenden Kontur und/oder kleinere Abmessungen aufweisen, metall-lasergesintert sind und
  • 2. eine zweite Kategorie von Werkzeugteilen, die eine einfache Geometrie der formgebenden Kontur und/oder größere, für die Fertigung mittels Metall-Lasersintern ungeeignete Abmessungen aufweisen, aus endkonturnah gegossenen Gußteilen bestehen, die mittels konventioneller Verfahren wie Fräsen, Erodieren u. dgl. auf Sollmaß gebracht werden.
1. Composed of several tool parts, permanent shaping tool, in particular for light metal die casting and the production of plastic, glass and ceramic parts, in which
  • 1. a first category of tool parts that have a complicated geometry of the shaping contour and / or smaller dimensions, are metal laser sintered and
  • 2. a second category of tool parts, which have a simple geometry of the shaping contour and / or larger dimensions which are unsuitable for production by means of metal laser sintering, consist of cast parts which are cast close to the final contour and which are made using conventional methods such as milling, eroding and. Like. Can be brought to target size.
2. Verfahren zur Herstellung eines aus mehreren Werkzeugteilen zusammengesetzten Dauerurformwerkzeugs, insbesondere für den Leichtmetalldruckguß sowie für die Fertigung von Kunststoff-, Glas- und Keramikteilen, bei dem
  • 1. eine erste Kategorie von Werkzeugteilen (A), die eine komplizierte Geometrie der formgebenden Kontur und/oder kleinere Abmessungen aufweisen, mittels Metall- Lasersintern hergestellt werden,
  • 2. eine zweite Kategorie von Werkzeugteilen (B), die eine einfache Geometrie der formgebenden Kontur und/oder größere, für die Fertigung mittels Metall-Lasersintern ungeeignete Abmessungen aufweisen, mittels konventioneller Verfahren wie Fräsen, Erodieren u. dgl. aus endkonturnah gegossenen Werkzeugrohteilen hergestellt werden, wobei diese gegossenen Werkzeugrohteile gefertigt werden, indem:
    • A) die Geometriedaten von Zwischenformen bestimmt werden, deren Abguß die vorgenannten Werkzeugrohteile zur Fertigung der Werkzeugteile (B) der zweiten Kategorie liefert,
    • B) diese Zwischenformen mittels Sintern von Formstoff und nachfolgender Härtung oder mittels Abformen eines Modells in Formstoff hergestellt werden, wobei der Formstoff so auszuwählen ist, daß er der Beanspruchung durch mindestens einmaliges Abgießen mit dem gemäß Schritt III verwendeten Gußwerkstoff standhält,
    • C) die Zwischenformen mit einem metallischen Gußwerkstoff abgegossen werden, der sowohl eine gute Vergießbarkeit und Spanbarkeit als auch eine ausreichende Standzeit der herzustellenden Werkzeugteile (B) der zweiten Kategorie sichert,
  • 3. und das Dauerurformwerkzeug aus den metall-lasergesinterten Werkzeugteilen (A) der ersten Kategorie und den gegossenen und konventionell bearbeiteten Werkzeugteilen (B) der zweiten Kategorie gefügt wird.
2. Method for producing a permanent forming tool composed of several tool parts, in particular for light metal die casting and for the production of plastic, glass and ceramic parts, in which
  • 1. a first category of tool parts (A), which have a complicated geometry of the shaping contour and / or smaller dimensions, are produced by means of metal laser sintering,
  • 2. a second category of tool parts (B) which have a simple geometry of the shaping contour and / or larger dimensions which are unsuitable for production by means of metal laser sintering, by means of conventional methods such as milling, eroding and. Like. Are manufactured from near-net-shape cast tool parts, these cast tool raw parts being produced by:
    • A) the geometric data of intermediate forms are determined, the casting of which provides the aforementioned raw tool parts for manufacturing the tool parts (B) of the second category,
    • B) these intermediate molds are produced by sintering the molding material and subsequent hardening or by molding a model in molding material, the molding material being selected so that it withstands the stress caused by at least one pouring with the casting material used in step III,
    • C) the intermediate molds are cast with a metallic casting material which ensures good castability and machinability as well as a sufficient service life of the tool parts (B) of the second category to be produced,
  • 3. and the permanent forming tool is joined from the metal-laser-sintered tool parts (A) of the first category and the cast and conventionally machined tool parts (B) of the second category.
3. Verfahren zur Herstellung eines Dauerurformwerkzeugs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometriedaten der formgebenden Kontur der fertig bearbeiteten Werkzeugteile (B) der zweiten Kategorie einschließlich ihrer funktionell notwendigen, nichtformgebenden Hohlräume wie Kühl- und/oder Heizkanäle, entsprechend den vorgegebenen Geometrie- und Werkstoffdaten der Produktrohteile bestimmt werden, die mittels des zusammengesetzten Dauerurformwerkzeugs gegossen werden sollen, wobei diese Geometriedaten der fertig bearbeiteten Werkzeugteile (B) insbesondere berücksichtigen
  • a) die Teilung des Dauerurformwerkzeugs und seiner Einsätze entsprechend den bekannten technologischen Grundsätzen sowie den Fertigungsmöglichkeiten der Zwischenformen,
  • b) die Schwindmaße für den Gußwerkstoff der Produktrohteile und/oder
  • c) ein Aufmaß für die Bearbeitung der gegossenen, umgeformten oder anderweitig bearbeiteten Produktrohteile,
  • d) den Verlauf funktionell notwendiger, nicht-formgebender Hohlräume wie Kühl- und/oder Heizkanäle in den Werkzeugrohteilen.
3. A method for producing a permanent shaping tool according to claim 2, characterized in that the geometric data of the shaping contour of the finished tool parts (B) of the second category including their functionally necessary, non-shaping cavities such as cooling and / or heating channels, according to the given geometry and material data of the raw product parts that are to be cast by means of the composite permanent forming tool are determined, this geometric data of the finished tool parts (B) taking into account in particular
  • a) the division of the permanent shaping tool and its uses according to the known technological principles and the manufacturing possibilities of the intermediate forms,
  • b) the shrinkage dimensions for the cast material of the product raw parts and / or
  • c) a measurement for the processing of the cast, formed or otherwise machined raw product parts,
  • d) the course of functionally necessary, non-shaping cavities such as cooling and / or heating channels in the raw tool parts.
4. Verfahren zur Herstellung eines Dauerurformwerkzeugs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometriedaten der Zwischenformen entsprechend den Geometrie- und Werkstoffdaten der Werkzeugrohteile bestimmt werden, wobei die Geometriedaten der Zwischenformen insbesondere berücksichtigen
  • a) die Maßänderung der Zwischenformen im Verlauf ihrer Herstellung,
  • b) die Schwindmaße für den zum Abguß der Zwischenformen verwendeten Gußwerkstoff und/oder
  • c) ein Aufmaß für die Bearbeitung der Werkzeugrohteile, das gegenüber der Sollkontur des fertig bearbeiten Werkzeugteils der zweiten Kategorie einer etwa äquidistanten Materialschicht entspricht,
  • d) den Verlauf funktionell notwendiger, nicht-formgebender Hohlräume wie Kühl- und/oder Heizkanäle in den Werkzeugrohteilen.
4. The method for producing a permanent shaping tool according to claim 2, characterized in that the geometry data of the intermediate molds are determined in accordance with the geometry and material data of the raw tool parts, the geometry data of the intermediate molds in particular taking into account
  • a) the dimensional change of the intermediate forms in the course of their manufacture,
  • b) the shrinkage dimensions for the casting material used to cast the intermediate molds and / or
  • c) an oversize for machining the raw tool parts, which corresponds to an approximately equidistant material layer compared to the target contour of the finished machined tool part of the second category,
  • d) the course of functionally necessary, non-shaping cavities such as cooling and / or heating channels in the raw tool parts.
5. Verfahren zur Herstellung eines Dauerurformwerkzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugteile (B) der zweiten Kategorie aus Gußeisen mit Kugelgraphit gefertigt werden.5. A method for producing a permanent forming tool according to one of the preceding Claims, characterized in that the tool parts (B) from the second category Ductile iron can be made. 6. Verfahren zur Herstellung eines Dauerurformwerkzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der Werkzeugrohteile auf Sollmaß und erforderliche Oberflächenqualität mittels Hochgeschwindigkeitsfräsen erfolgt.6. A method for producing a permanent forming tool according to one of the preceding Claims, characterized in that the machining of the raw tool parts Target size and required surface quality are achieved using high-speed milling.
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