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EP3456437A1 - Verfahren zum herstellen eines formkörpers mit gasgefüllten poren aus einem metallischen werkstoff mittels warmkammer-druckgiessen - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines formkörpers mit gasgefüllten poren aus einem metallischen werkstoff mittels warmkammer-druckgiessen Download PDF

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Publication number
EP3456437A1
EP3456437A1 EP17191916.0A EP17191916A EP3456437A1 EP 3456437 A1 EP3456437 A1 EP 3456437A1 EP 17191916 A EP17191916 A EP 17191916A EP 3456437 A1 EP3456437 A1 EP 3456437A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
mold cavity
mold
metallic material
melt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP17191916.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3456437B1 (de
Inventor
Paul Jens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hzd Druckguss Havelland GmbH
Original Assignee
Havellandische Zink-Druckguss & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Havellandische Zink-Druckguss & Co KG GmbH filed Critical Havellandische Zink-Druckguss & Co KG GmbH
Priority to EP17191916.0A priority Critical patent/EP3456437B1/de
Publication of EP3456437A1 publication Critical patent/EP3456437A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3456437B1 publication Critical patent/EP3456437B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/02—Hot chamber machines, i.e. with heated press chamber in which metal is melted
    • B22D17/04—Plunger machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/32—Controlling equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/005—Casting metal foams

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a shaped body with gas-filled pores of a metallic material by means of hot-chamber die casting.
  • Die casting methods are used for the production of moldings by means of a die casting machine.
  • the cold chamber and the hot chamber method In the cold chamber method, the die casting machine and the furnace for providing the melt of the metallic material are always arranged separately. The required amount of melt is metered manually or automatically by dosing or scooping in the mold chamber of the die.
  • the hot chamber process the melt is pressed a hot die casting mold with mold cavity.
  • a construction is provided which connects the furnace to the die casting mold and is often called casting container.
  • die-casting machine and holding furnace form a unit.
  • the document discloses DE 10 2013 103 672 A1 a method for die casting of gas-filled pores having moldings of a die-cast alloy.
  • the liquid die-casting alloy together with the gas pressed into a mold cavity having a negative mold of the molding.
  • the gas and the die cast alloy are sealed together in a casting cylinder without prior mixing.
  • a casting piston is advanced in the casting cylinder at such a high rate that the gas and the liquid die casting alloy mix at the latest when entering the mold cavity.
  • the casting piston is to be advanced in the casting cylinder at a speed selected in such a way that a turbulent flow of gas and liquid diecasting alloy is formed in the casting cylinder.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a shaped body with gas-filled pores of a metallic material by means of hot-chamber die casting, which makes it possible to produce shaped bodies with modified pore structure.
  • a method for producing a gas-filled pore body from a metallic material by hot-chamber die casting in which a die-casting mold having a mold cavity is provided which has a female mold negative mold.
  • the mold cavity is filled with a melt of a metallic material, wherein the mold cavity is filled via a gate, which is arranged between the mold cavity and a casting chamber, to the mold filling end. After solidification of the metallic material in the mold cavity of the molded body is removed from the die casting mold.
  • a formation of a pore structure with gas-filled pores in the shaped body is promoted and assisted by producing the shaped body in the mold cavity free from a holding pressure phase or with a shortened holding pressure phase which is shorter than a solidification time of the melt in the gate.
  • a shaped body with a closed pore structure is produced, in which the pores are filled with gas, in particular in the form of trapped air. It can be made a closed-cell metal foam from which the molded body is then formed.
  • the method proposed here specifically increases such casting defects in order to form the pore structure. Since the holding pressure phase is omitted or significantly shortened, the compression of the air pockets is reduced or omitted, whereby the formation of the pore structure is promoted. If, after filling the mold cavity, the holding pressure phase is used, it can be shortened so that it ends in the gate before the melt solidifies. As a result, the short-term highly compressed gas pores can partially relax again and press a portion of the cast melt back into the gate back into the casting chamber.
  • the previously applied casting pressure may remain at substantially the same level as in an immediately preceding time interval of filling. However, the casting pressure is only maintained for a short time in order to then completely withdraw it.
  • the shortened hold phase may extend over a period of about 0.01 seconds to about 0.6 seconds.
  • the shortened hold phase may extend over a period of about 0.1 seconds to about 0.3 seconds.
  • the gas-filled pores of the pore structure can be produced with substantially the same pore size.
  • a majority of the pores (> 50%) may have a pore size of about 0.0mm to about 5mm
  • the gas filled pores of the pore structure can be made to conform to a substantially uniform pore distribution.
  • a metallic material a zinc alloy, a magnesium alloy or an aluminum alloy may be used.
  • the zinc alloy ZnAl 4 Cu 1 can be processed.
  • the melt upon filling may be introduced in a first phase substantially free of turbulent flows and in a second phase subsequent to the first phase, with partial formation of turbulent flows in the mold cavity.
  • the pore structure can be made a body volume of the shaped body substantially completely detected.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an arrangement for hot chamber die casting.
  • a casting chamber 1 is arranged in a melting furnace 2.
  • a die-casting mold 3 has a mold cavity 4, which is formed with a negative mold of a shaped body 5 to be produced.
  • a casting piston 7, usually hydraulically, moves down to displace the melt from the casting chamber 1 in the mold cavity 4.
  • the melt flows via risers 8 and nozzles 9 into the die-casting mold 3.
  • the melt flows via distributor, channels and gate into the mold cavity 4.
  • Fig. 1a shows the arrangement before the start of the casting process, wherein the die casting mold 3 is opened. According to Fig. 2 Then, the die 3 is closed to form the mold cavity 4, and the melt is introduced into the mold cavity 4. After solidification, the molded body 5 according to Fig. 1c demoulded and ejected.
  • Fig. 2 shows a graphical representation of pressure and speed curves of the casting piston.
  • the filling of the mold cavity 4 is divided in hot chamber die casting usually in three phases.
  • a first phase the melt is slowly conveyed through distributors and channels until just before the gate to reduce turbulence (duration, for example, 0.5 to 1.0 s).
  • the mold cavity 4 is filled as fast as possible in order to achieve a complete mold filling with as little cold flow as possible (for example 5 to 50 ms). If a complete mold filling is achieved, the metallic material can no longer flow, and the casting piston 7 stops abruptly. This is called form filling (FFE).
  • Casting gases such as air, outgassing melt and / or evaporating Release agents are compressed by the high, specific casting pressure and thus experience an enormous volume reduction.
  • the specific casting pressure is for example 250 to 450 bar and is achieved by reducing the hydraulic system pressure of, for example, 100 to 150 bar.
  • the casting piston 7 remains under full casting pressure for, for example, 0.3 to 1.0 s. This time is called reprint time (tN).
  • the melt undergoes a density change as a result of the solidification, for example from 6.3 to 6.7 g / cm 3 in the case of a molten zinc, for example ZnAl 4 Cu 1 . This is accompanied by volume deficits, shrinkage porosity and / or voids formation. Due to the pressure of the casting piston 7, melt is fed in to a certain extent and the resulting shrinkage porosity is reduced. Once the gate of the molded body 5 is completely solidified, no make-up is possible. The residual shrinkage porosity, which takes place especially in thick-walled, finally solidifying areas, can not be compensated.
  • the casting gases in the system are used to promote pore formation.
  • Advantages include the fact that no foreign substances or additional technology / control are needed and neither cycle time nor recyclability are impaired.
  • the concept is based on a targeted reinforcement of the process-related, unavoidable, low porosity, so that the large number of pores forms a foam structure and a significant material saving is achieved.
  • the holding pressure phase with full machine system pressure at least until the gate is completely solidified (see pressure curve I in Fig. 2 ).
  • the shaped body is produced by deliberately setting (too) short the holding time, so that the Repressive phase is intentionally terminated as soon as the idR has usually set the full machine system pressure.
  • the time to stop the holding pressure phase can vary slightly depending on the cast part, but is usually always shortly before or shortly after reaching the FFE (see pressure curve II in Fig. 2 ).
  • the resulting foam structure (pore structure) of the molding generally has relatively uniform size and distribution of pores.
  • the high flow rate of the second phase creates a turbulent flow.
  • the casting gases are finely divided and evenly mixed with the melt. Due to the missing or almost missing holding time, the pores are not or hardly or only briefly compressed.
  • the internal pressure of the pores is much closer to the atmospheric pressure than the specific pouring pressure, which is why the pores occupy a relatively large volume and thereby form a foam structure.
  • the absolute amount of air (measured in grams) in a conventional die-cast part and in a die-cast part made by the method described here is identical. Only the internal pressure of the pores or their degree of compression and thus their volume are different.
  • Fig. 3 shows for comparison by means of hot chamber die casting produced shaped body in cross section (above: conventional method, bottom: method with / without a shortened holding pressure phase).
  • the short pressure pulse of the full machine system pressure ensures that the melt, for example a molten zinc, is once strongly pressed against the shaping contour. As a result, a good imaging accuracy and filling of thin areas are achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen mit den folgenden Schritten: Bereitstellen einer Druckgussform mit einer Formkavität, die eine Negativform eines herzustellenden Formkörpers aufweist; Befüllen der Formkavität mit einer Schmelze eines metallischen Werkstoffs, wobei die Formkavität über einen Anschnitt, welcher zwischen der Formkavität und einer Gießkammer angeordnet ist, bis zum Formfüllende befüllt wird; Erstarren des metallischen Werkstoffs in der Formkavität; und Entformen des Formkörpers aus der Druckgussform; wobei eine Ausbildung einer Porenstruktur mit gasgefüllten Poren in dem Formkörper gefördert wird, indem das Herstellen des Formkörpers in der Formkavität frei von einer Nachdruckphase oder mit einer verkürzten Nachdruckphase ausgeführt wird, die kürzer als eine Erstarrungszeit der Schmelze in dem Anschnitt ist.
Figure imgaf001
Figure imgaf002

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen.
    • Hintergrund
  • Druckgussverfahren dienen zur Herstellung von Formkörpern mittels einer Druckgießmaschine. Es sind das Kaltkammer- und das Warmkammer-Verfahren bekannt. Beim Kaltkammer-Verfahren sind die Druckgießmaschine und der Ofen zum Bereitstellen der Schmelze des metallischen Werkstoffs stets getrennt angeordnet. Die erforderliche Schmelzmenge wird manuell oder automatisch per Dosierofen oder Schöpfgerät in die Formkammer der Druckgussform dosiert. Beim Warmkammer-Verfahren wird die Schmelze eine warme Druckgussform mit Formkavität gepresst. Unmittelbar in der Schmelze, die in einem Tiegel warm gehalten wird, ist eine Konstruktion vorgesehen, die den Ofen mit der Druckgussform verbindet und häufig Gießbehälter genannt wird. Üblicherweise bilden Druckgussmaschine und Warmhalteofen eine Einheit.
  • Zum Kaltkammer-Verfahren offenbart das Dokument DE 10 2013 103 672 A1 ein Verfahren zum Druckgießen von mit Gas gefüllten Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung. Die flüssige Druckgusslegierung mit zusammen mit dem Gas in eine Formkavität eingepresst, die eine Negativform des Formkörpers aufweist. Das Gas und die Druckgusslegierung werden ohne vorherige Vermischung zusammen in einem Gießzylinder eingeschlossen. Ein Gießkolben wird mit einer so hohen Geschwindigkeit in dem Gießzylinder vorgeschoben, dass sich das Gas und die flüssige Druckgusslegierung bis spätestens beim Eintritt in die Formkavität vermischen. In einer Ausführungsform soll der Gießkolben mit einer derart gewählten Geschwindigkeit in dem Gießzylinder vorgeschoben werden, dass sich eine turbulente Strömung aus Gas und flüssiger Druckgusslegierung in dem Gießzylinder ausbildet.
    • Zusammenfassung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen anzugeben, welches es ermöglicht, Formkörper mit geänderter Porenstruktur herzustellen.
  • Zur Lösung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen nach dem unabhängigen Anspruch 1 geschaffen. Alternative Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen geschaffen, bei dem eine Druckgussform mit einer Formkavität bereitgestellt wird, die eine Negativform eines herzustellenden Formkörpers aufweist. Die Formkavität wird mit einer Schmelze eines metallischen Werkstoffs befüllt, wobei die Formkavität über einen Anschnitt, welcher zwischen der Formkavität und einer Gießkammer angeordnet ist, bis zum Formfüllende befüllt wird. Nach dem Erstarren des metallischen Werkstoffs in der Formkavität wird der Formkörper aus der Druckgussform entformt. Beim Herstellen des Formkörpers wird eine Ausbildung einer Porenstruktur mit gasgefüllten Poren in dem Formkörper gefördert und unterstützt, indem das Herstellen des Formkörpers in der Formkavität frei von einer Nachdruckphase oder mit einer verkürzten Nachdruckphase, die kürzer als eine Erstarrungszeit der Schmelze in dem Anschnitt ist.
  • Auf diese Weise ist ein Formkörper mit geschlossener Porenstruktur hergestellt, bei der die Poren gasgefüllt sind, insbesondere in Form von Lufteinschlüssen. Es kann ein geschlossenporiger Metallschaum hergestellt werden, aus dem der Formkörper dann gebildet ist.
  • Das Weglassen der beim Warmkammer-Druckgießen üblichen Nachdruckphase oder deren Verkürzung unterstützt und fördert gezielt das Ausbilden der gasgefüllten Poren, derart, dass sich diese vergrößern. Solche Lufteinschlüsse in kleinerer Form bilden beim Stand der Technik Gießfehler, die es dort möglichst zu vermeiden gilt. Das hier vorgeschlagene Verfahren verstärkt gezielt solche Gießfehler, um die Porenstruktur auszubilden. Da die Nachdruckphase entfällt oder deutlich verkürzt ist, wird die Kompression der Lufteinschlüsse gemindert oder unterbleibt, wodurch das Ausbilden der Porenstruktur gefördert wird. Wenn nach dem Befüllen der Formkavität die Nachdruckphase angewendet wird, so kann diese so verkürzt werden, dass sie vor dem Erstarren der Schmelze im Anschnitt endet. Hierdurch können sich die kurzzeitig stark komprimierten Gasporen wieder teilweise entspannen und einen Teil der eingegossenen Schmelze wieder in den Anschnitt zurück in die Gießkammer drücken.
  • Während der verkürzten Nachdruckphase kann der zuvor angewendete Gießdruck auf im Wesentlichen gleicher Höhe verbleiben wie in einem unmittelbar vorangehenden zeitlichen Abschnitt des Befüllens. Der Gießdruck wird jedoch nur kurzzeitig aufrechterhalten, um ihn dann vollständig zurückzunehmen.
  • Die verkürzte Nachdruckphase kann sich über einen Zeitraum von etwa 0,01s bis etwa 0.6s erstrecken.
  • Die verkürzte Nachdruckphase kann sich über einen Zeitraum von etwa 0,1s bis etwa 0.3s erstrecken.
  • Die gasgefüllten Poren der Porenstruktur können mit im Wesentlichen gleicher Porengröße hergestellt werden. Eine Mehrheit der Poren (>50%) kann eine Porengröße von etwa 0,0mm bis etwa 5mm aufweisen
  • Die gasgefüllten Poren der Porenstruktur können einer im Wesentlichen gleichmäßigen Porenverteilung entsprechend hergestellt werden.
  • Als metallischer Werkstoff kann eine Zinklegierung, eine Magnesiumlegierung oder eine Aluminiumlegierung verwendet werden. Zum Beispiel kann die Zinklegierung ZnAl4Cu1 verarbeitet werden.
  • Die Schmelze beim Befüllen kann in einer ersten Phase im Wesentlichen frei von turbulenten Strömungen und in einer zweiten Phase, die sich an die erste Phase anschließt, unter teilweiser Ausbildung von turbulenten Strömungen in der Formkavität eingebracht werden.
  • Die Porenstruktur kann ein Körpervolumen des Formkörpers im Wesentlichen vollständig erfassend hergestellt werden.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung erläutert. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1a bis 1c
    eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Warmkammer-Druckgießen;
    Fig. 2
    eine schematische grafische Darstellung zu den Kenngrößen Geschwindig-keit und Druck in Abhängigkeit vom Weg beziehungsweise der Zeit (Druck-Geschwindigkeitskurven einer Gießkolbens) für das Warmkammer-Druck-gießen und
    Fig. 3
    eine vergleichende Darstellung von mittels Warmkammer-Druckgießen her-gestellten Formkörpern im Querschnitt.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Warmkammer-Druckgießen. Eine Gießkammer 1 ist in einem Schmelzofen 2 angeordnet. Eine Druckgussform 3 weist eine Formkavität 4 auf, die mit einer Negativform eines herzustellenden Formkörpers 5 gebildet ist. Über Füllbohrungen 6 läuft die Schmelze des metallischen Werkstoffs, zum Beispiel eine Zinkschmelze, in die Formkavität 5. Hierzu wird ein Gießkolben 7, üblicherweise hydraulisch, nach unten bewegt, um die Schmelze aus der Gießkammer 1 in die Formkavität 4 zu verdrängen. Hierbei fließt die Schmelze über Steigleitungen 8 und Düsen 9 in die Druckgussform 3. In der Druckgussform 3 fließt die Schmelze über Verteiler, Kanäle und Anschnitt in die Formkavität 4.
  • Fig. 1a zeigt die Anordnung vor dem Beginn des Gießvorgangs, wobei die Druckgussform 3 geöffnet ist. Gemäß Fig. 2 wird die Druckgussform 3 dann zum Ausbilden der Formkavität 4 geschlossen, und die Schmelze wird in der Formkavität 4 eingebracht. Nachdem Erstarren kann der Formkörper 5 gemäß Fig. 1c entformt und ausgeworfen werden.
  • Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung für Druck- und Geschwindigkeitskurven des Gießkolbens.
  • Nachfolgend wird das Füllen der Formkavität mit der metallischen Schmelze im Einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert.
  • Die Füllung der Formkavität 4 unterteilt sich beim Warmkammer-Druckgussverfahren in der Regel in drei Phasen. In einer ersten Phase wird die Schmelze langsam über Verteiler und Kanäle bis kurz vor den Anschnitt gefördert, um Verwirbelungen zu verringern (Dauer zum Beispiel 0,5 bis 1,0 s). In einer zweiten Phase wird die Formkavität 4 so schnell wie möglich gefüllt, um eine komplette Formfüllung mit möglichst wenig Kaltfluss zu erreichen (zum Beispiel 5 bis 50 ms). Ist eine komplette Formfüllung erreicht, kann der metallische Werkstoff nicht mehr fließen, und der Gießkolben 7 bleibt abrupt stehen. Dies wird als Formfüllende (FFE) bezeichnet. Gießgase wie Luft, ausgasende Schmelze und / oder verdampfendes Trennmittel werden durch den hohen, spezifischen Gießdruck zusammengepresst und erfahren dadurch eine enorme Volumenverringerung. Der spezifische Gießdruck liegt zum Beispiel bei 250 bis 450 bar und wird durch Untersetzung des hydraulischen Systemdrucks von zum Beispiel 100 bis 150 bar erreicht.
  • Nach dem FFE beginnt die dritte Phase, die Nachdruckphase. Dazu verbleibt der Gießkolben 7 für zum Beispiel 0,3 bis 1,0 s unter vollem Gießdruck stehen. Diese Zeit nennt sich Nachdruckzeit (tN). Die Schmelze erfährt durch die Erstarrung eine Dichteänderung, zum Beispiel von 6,3 auf 6,7 g/cm3 im Fall einer Zinkschmelze, zum Beispiel ZnAl4Cu1. Damit gehen Volumendefizite, Schrumpfungsporosität und / oder Lunkerbildung einher. Durch den Nachdruck des Gießkolbens 7 wird bis zu einem gewissen Grad Schmelze nachgespeist und die entstehende Schrumpfungsporosität verringert. Sobald der Anschnitt des Formkörpers 5 komplett erstarrt ist, ist keine Nachspeisung mehr möglich. Die restliche Schrumpfungsporosität, die vor allem in dickwandigen, zuletzt erstarrenden Bereichen stattfindet, kann nicht kompensiert werden.
  • Durch die zwei beschriebenen Faktoren "Gießgase" und "Schrumpfungsporosität" erreichen konventionelle Druckgusswerkstücke nie die Normdichte von 6,7 g/cm3. Gut gefüllte Zinkdruckgusswerkstücke haben typischerweise eine Dichte von 6,4 bis 6,6 g/cm3. Eine Porosität von 1,5 bis 4,5 % ist damit prozessbedingt normal bzw. unvermeidbar (vgl. auch obere Darstellung in Fig. 3).
  • Um bei einem Druckgussteil gezielt eine Porosität mit Porenstruktur zu erreichen, ist vorgesehen, die Nachdruckphasen wegzulassen oder deren Dauer zu verkürzen. Es werden die im System befindlichen Gießgase ausgenutzt, um die Porenbildung zu fördern. Es findet eine gezielte Herbeiführung und Verstärkung des Gießfehlers "Porosität" durch ungenügende Verdichtung der Gießgase statt. Vorteile sind unter anderem, dass keine Fremdstoffe oder zusätzliche Technik / Steuerung benötigt werden und weder Taktzeit noch die Recyclingfähigkeit beeinträchtigt werden. Das Konzept basiert darauf, die prozessbedingte, unvermeidliche, geringe Porosität gezielt zu verstärken, so dass die große Anzahl von Poren eine Schaumstruktur bildet und eine signifikante Materialersparnis erreicht wird.
  • Beim bekannten ("optimalen") Druckguss im Warmkammer-Verfahren wirkt die Nachdruckphase mit vollem Maschinensystemdruck mindestens so lange, bis der Anschnitt komplett erstarrt ist (vgl. Druckkurve I in Fig. 2). Beim hier vorgeschlagenen Verfahren wird der Formkörper erzeugt, indem die Nachdruckzeit bewusst (zu) kurz eingestellt wird, so dass die Nachdruckphase gezielt abgebrochen wird, sobald kurzzeitig der i.d.R. volle Maschinensystemdruck angelegen hat. Der Zeitpunkt zum Abbruch der Nachdruckphase kann je nach Gießteil leicht variieren, liegt i.d.R. aber immer kurz vor oder kurz nach Erreichen des FFE (vgl. Druckkurve II in Fig. 2).
  • Die so erreichte Schaumstruktur (Porenstruktur) des Formkörpers weist in der Regel relativ gleichmäßige Größe und Verteilung von Poren auf. Die hohe Fließgeschwindigkeit der zweiten Phase erzeugt eine turbulente Strömung. In Folge dessen sind die Gießgase fein verteilt und gleichmäßig mit der Schmelze vermischt. Durch die fehlende oder fast fehlende Nachdruckzeit werden die Poren nicht oder kaum oder nur kurzzeitig komprimiert. Der Innendruck der Poren liegt sehr viel näher am atmosphärischen Druck als am spezifischen Gießdruck, weshalb die Poren ein verhältnismäßig großes Volumen einnehmen und dadurch eine Schaumstruktur bilden. Die absolute Luftmenge (gemessen in Gramm) in einem konventionellen Druckgussteil und in einem Druckgussteil, welches nach dem hier beschriebenen Verfahrens hergestellt ist, ist identisch. Lediglich der Innendruck der Poren bzw. ihr Kompressionsgrad und damit ihr Volumen sind unterschiedlich. Fig. 3 zeigt zum Vergleichen mittels Warmkammer-Druckgießen hergestellten Formkörper im Querschnitt (oben: herkömmliches Verfahren; unten: Verfahren ohne / mit verkürzter Nachdruckphase).
  • Der kurze Druckimpuls des vollen Maschinensystemdrucks sorgt dafür, dass die Schmelze, zum Beispiel eine Zinkschmelze, einmal stark gegen die formgebende Kontur gepresst wird. Hierdurch werden eine gute Abbildungsgenauigkeit sowie Füllung dünner Bereiche erreicht.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit gasgefüllten Poren aus einem metallischen Werkstoff mittels Warmkammer-Druckgießen, mit den folgenden Schritten:
    - Bereitstellen einer Druckgussform mit einer Formkavität, die eine Negativform eines herzustellenden Formkörpers aufweist;
    - Befüllen der Formkavität mit einer Schmelze eines metallischen Werkstoffs, wobei die Formkavität über einen Anschnitt, welcher zwischen der Formkavität und einer Gießkammer angeordnet ist, bis zum Formfüllende befüllt wird;
    - Erstarren des metallischen Werkstoffs in der Formkavität; und
    - Entformen des Formkörpers aus der Druckgussform;
    wobei eine Ausbildung einer Porenstruktur mit gasgefüllten Poren in dem Formkörper gefördert wird, indem das Herstellen des Formkörpers in der Formkavität frei von einer Nachdruckphase oder mit einer verkürzten Nachdruckphase ausgeführt wird, die kürzer als eine Erstarrungszeit der Schmelze in dem Anschnitt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verkürzte Nachdruckphase sich über einen Zeitraum von etwa 0,01s bis etwa 0.6s erstreckt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verkürzte Nachdruckphase sich über einen Zeitraum von etwa 0,1s bis etwa 0.3s erstreckt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gasgefüllten Poren der Porenstruktur mit im Wesentlichen gleicher Porengröße hergestellt werden.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießkammer vor Beginn des Befüllens der Formkavität im Wesentli-chen vollständig mit der Schmelze befüllt wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als metallischer Werkstoff eine Zinklegierung, eine Magnesiumlegierung oder eine Aluminiumlegierung verwendet wird.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze beim Befüllen in einer ersten Phase im Wesentlichen frei von turbulenten Strömungen und in einer zweiten Phase, die sich an die erste Phase anschließt, unter teilweiser Ausbildung von turbulenten Strömungen in der Formkavität eingebracht wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Porenstruktur ein Körpervolumen des Formkörpers im Wesentlichen vollständig erfassend hergestellt wird.
EP17191916.0A 2017-09-19 2017-09-19 Verfahren zum herstellen eines formkörpers mit gasgefüllten poren aus einem metallischen werkstoff mittels warmkammer-druckgiessen Active EP3456437B1 (de)

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Citations (3)

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