POREN-DRUCKGUSS

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Druckgießen von Gas gefüllte Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung, wobei die flüssige Druckgusslegierung zusammen mit dem Gas in eine Formkavität eingepresst wird, die eine Negativform der Formkörper aufweist.

[0002] Der Begriff "flüssige Druckgusslegierung" wird hier als Synonym für den Begriff "Schmelze der Druckgusslegierung" verwendet.

[0003] Das Herstellen von Gas gefüllte Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung, führt verglichen mit massiven Formkörpern ohne Poren zu einer Einsparung von Material, d. h. von Druckgusslegierung, und zu einer Gewichtsreduktion.

STAND DER TECHNIK

[0004] Aus der US 2002/0121157 A1 und der US 2003/0049150 A1 sind Verfahren zum Druckgießen von Gas gefüllte Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung bekannt, bei denen der flüssigen Druckgusslegierung ein Treibmittel zugesetzt wird. Dieses Treibmittel setzt nach dem Einpressen der flüssigen Druckgusslegierung in eine Formkavität das Gas frei, das die gewünschten Poren ausbildet. Da die Gasfreisetzung thermisch ausgelöst wird, kann das Treibmittel der flüssigen Druckgusslegierung erst direkt vor dem Einpressen in die Formkavität zugegeben werden, was eine gleichmäßige Verteilung des Treibmittels in der flüssigen Druckgusslegierung schwierig macht. Auch wenn das Treibmittel der flüssigen Schmelze erst kurz vor dem Einpressen in die Formkavität zugesetzt wird, muss das Einpressen in die Negativform mit vergleichsweise hohem Druck erfolgen, um die aufgrund der hohen Temperatur der Schmelze schnell einsetzende Freisetzung des Gases durch das Treibmittel zu verzögern, bis die flüssige Druckgusslegierung mit dem Treibmittel in der Formkavität angelangt ist. Weiterhin kann das Treibmittel die Druckgusslegierung so verunreinigen, dass es zu Problemen beim Recycling der mit diesem bekannten Verfahren hergestellten Formkörper kommen kann.

[0005] Aus der FR 2921281 und der US 3,177,574 sind Verfahren zum Herstellen eines Poren aufweisenden Formkörpers aus einer Aluminiumlegierung bekannt, einer flüssigen Aluminiumlegierung beim Guss in eine Formkavität in dem Salzteilchen zugesetzt werden, die anschließend aus dem durch Erstarren der Aluminiumlegierung entstehenden Formkörper herausgelöst werden. Die so gebildeten offenen Poren des Formkörpers können erst in einem weiteren Verfahrensschrift, beispielsweise durch Überziehen mit einer Schale aus massivem Aluminium, geschlossen werden.

[0006] Aus der EP 1 288 320 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Metallschaum bekannt, das die Merkmale der eingangs beschriebenen Art, die dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 entspricht, aufweist. Dabei wird Luft durch feine Düsen in die flüssige Druckgusslegierung eingebracht, während sie sich in einem Schmelzengefäß befindet. Dies geschieht durch ein in die flüssige Druckgusslegierung hereinragendes Gaseintragsrohr mit kleinem Gasaustrittsquerschnitt. Damit sollen gleichmäßigere Blasen- und damit Porenverteilungen erreicht werden als mit einer an der Wandung des Schmelzengefäßes mündenden Düsen.

[0007] Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, dass es nur mit spezieller Ausrüstung durchführbar ist, d. h. wenn ein Schmelzenbehälter mit einem Gaseintragsrohr und daran angeschlossener weiterer Ausrüstung vorhanden ist.

[0008] Aus der EP 0 877 658 B1 und deren als DE 697 00 431 T2 veröffentlichter deutscher Übersetzung ist es für die Ausbildung eines Legierungsmaterials zur halbfesten Formgebung bekannt, in flüssiges Metall eine bestimmte Menge eines im Metallbad löslichen und mit diesem chemisch nicht reagierenden Gases einzuleiten und dafür so sorgen, dass sich die Gasblasen fein und gleichmäßig verteilen. Das dafür am besten geeignete Gas soll Wasserstoff sein, das eventuell mit einem Neutralgas wie Stickstoff oder Argon vermischt wird. Als Wasserstoffquelle können auch Flussmittel aus wasserhaltigen Salzen verwendet werden. Zur Einleitung von Wasserstoff kann eine Behandlungspfanne verwendet werden, die in der Regel zwischen Warmhalteofen und Gießanlage angeordnet ist, z. B. eine mit einem Gasinjektor mit rotierender Düse versehene Pfanne. Es kann auch eine statische Gaseinblasanlage eingesetzt werden.

[0009] Aus der DE 41 12 753 A1 und der zur gleichen Patentfamilie gehörigen EP 0 581 786 B1 sind Verfahren zur Regelung von Gießparametern einer Druckgießmaschine bekannt. Beide Dokumente beschäftigen sich nicht mit Poren in den hergestellten Formkörpern. Dasselbe gilt für die WO 01/81027 A1, die ein Verfahren für den gesteuerten Antrieb der Gießachse von Druckgießmaschinen mit einem Antriebskolben beschreibt.

[0010] Die DE 10 2010 054 272 A1 offenbart ein Verfahren zum Simulieren von Gussfehlern und Mikrostrukturen von Gussteilen, das Gussfehler und die Mikrostruktur des jeweiligen Formkörpers unter Verwendung eines integrierten Modells eines Porenwachstums und einer interdentritischen Strömung simuliert. Daraus werden die Größe, der Volumenprozentanteil und/oder die Verteilung von Gussfehlern und Mikrostrukturen eines Formkörpers vorhergesagt.

[0011] Die EP 0 904 875 B1 (deutsche Übersetzung veröffentlicht als DE 698 09 166 T2), die EP 0 802 840 B1 (deutsche Übersetzung veröffentlicht als DE 696 28 139 T2), die DE 1 558 261 C, die DE 42 09 868 A1, die DE 20 2010 009 838 U1, die DE 42 16 293 A1, die WO 2012/004192 A1, sowie die WO 2013/132983 A1 befassen sich mit der Vermeidung von Luft- oder Gaseinschlüssen beim Druckgießen von Formkörpern.

AUFGABE DER ERFINDUNG

[0012] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Druckgießen von Formkörpern aus einer mit Gas gefüllten Poren aufweisenden Druckgusslegierung aufzuzeigen, das ohne besondere Zuschläge zu der Druckgusslegierung und auch ohne die Notwendigkeit spezieller Ausrüstung, d. h. mit einer normalen Druckgussmaschine, ausführbar ist.

LÖSUNG

[0013] Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0014] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Druckgießen von Gas gefüllte Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung, wobei die Druckgusslegierung in flüssigem Zustand zusammen mit dem Gas in eine Formkavität eingepresst wird, die eine Negativform der Formkörper aufweist, werden das Gas und die Druckgusslegierung ohne vorherige Vermischung zusammen in einem Gießzylinder eingeschlossen. Ein Gießkolben wird hierbei nach dem Schließen des Gießzylinders geschwindigkeitsgeregelt mit einer derart gewählten konstanten ersten Geschwindigkeit in dem Gießzylinder vorgeschoben, dass sich das Gas und die Druckgusslegierung bis spätestens beim Eintritt in die Formkavität unter Ausbildung einer turbulenten Strömung vermischen. Zum Ende der Vorwärtsbewegung des Gießkolbens in dem Gießzylinder wird von einer Geschwindigkeitsregelung beim Vorschub auf eine Druckregelung beim Nachdrücken des Gießkolbens in dem Gießzylinder umgestellt, wobei beim Nachdrücken der Druck maximal 50 MPa, vorzugsweise unter 25 MPa, insbesondere nicht mehr als 16 MPa, beträgt.

[0015] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also zunächst die benötigte Menge des Gases einfach nur neben der Druckgusslegierung in den Gießzylinder eingebracht oder darin belassen, und der Gießzylinder wird - typischerweise durch Vorschieben des zugehörigen Gießkolbens bis über die Einfüllöffnung des Gießzylinders hinaus - geschlossen. Dann wird der Gießkolben weiter vorgeschoben, und zwar über zumindest einen Teil seines Vorschubwegs mit vergleichsweise hoher, aber mit einer herkömmlichen Druckgussmaschine noch realisierbarer Geschwindigkeit. Überraschenderweise erweist es sich als einfach, diese relativ hohe Geschwindigkeit so abzustimmen, dass sich das Gas und die flüssige Druckgusslegierung bis spätestens beim Eintritt in die Formkavität so vermischen, dass hochwertige Formkörper mit homogen verteilten Poren in signifikantem Anteil entstehen. Gleichzeitig weist der fertige Formkörper eine geschlossene Oberfläche auf.

[0016] Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einem vorteilhaften Ergebnis, wenn ein vergleichsweise großes Volumen an Gas zusammen mit der flüssigen Schmelze in dem Gießzylinder eingeschlossen wird. So kann der Gießzylinder beim Schließen zu maximal der Hälfte, vorzugsweise zu maximal einem Viertel, wie beispielsweise etwa einem Siebtel, mit der flüssigen Druckgusslegierung und ansonsten mit dem Gas ausgefüllt sein. Dieses Mischungsverhältnis bestimmt maßgeblich die erreichbare Porosität des gegossenen Körpers.

[0017] Bei dem Gas kann es sich um Luft aus der Umgebung handeln, es muss also kein spezielles Gas neben der flüssigen Druckgusslegierung in den Gießzylinder eingebracht werden. Es kann dennoch sinnvoll sein, den Gießzylinder mit einem anderen Gas zu befüllen, z.B. einem inertem Gas wie Stickstoff oder einem Edelgas zur Vermeidung einer chemischen Reaktion in der Schmelze.

[0018] Es wird davon ausgegangen, dass es für die Vermischung des Gases und der flüssigen Druckgusslegierung bereits in dem Gießzylinder von Vorteil ist, wenn die Geschwindigkeit des Gießkolbens in dem Gießzylinder so gewählt ist, dass sich eine überschlagende Welle der flüssigen Druckgusslegierung in dem Gießzylinder ausbildet. Voraussetzung für das Ausbilden der überschlagenden Welle ist neben der Geschwindigkeit des Gießkolbens der gegenüber den vorbekannten Verfahren geringere Füllungsgrad des Gießzylinders. Der dynamisch anfahrende, an der ruhenden flüssigen Druckgusslegierung anstehende Gießkolben lenkt diese nach oben vorne in den Bereich des über der flüssigen Druckgusslegierung befindlichen Gases um. Das Auftreten einer überschlagenden Welle der flüssigen Druckgusslegierung wurde bei dem erfindungsgemäßen Verfahren konkret beobachtet. Die Ausbildung der Welle und damit die Durchmischung von Schmelze und Gas kann durch geeignete Formgebung des Gießzylinders und/oder des Kolbens maßgeblich mit beeinflusst werden.

[0019] Eine Ursache für die Vermischung des Gases und der flüssigen Druckgusslegierung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die turbulente Strömung sein, die sich aus dem Gas und der flüssigen Druckgusslegierung in dem Gießzylinder vor dem schnell vorgeschobenen Gießkolben ausbildet. Wenn hier von einer turbulenten Strömung die Rede ist, bedeutet dies nicht zwingend, dass die Strömung die physikalischen Kriterien einer Turbulenz erfüllt. Eine Strömung wird hier vielmehr bereits dann als turbulent angesehen, wenn sie ausreichend Wirbel zur fortgesetzten Einmischung und Verteilung des Gases in die flüssige Druckgusslegierung umfasst.

[0020] Eine zusätzliche Möglichkeit zur Durchmischung von Luft und Schmelze bzw. zur Ausbildung einer turbulenten Strömung wäre eine Drehbewegung des Kolbens während des Vorschubes in Verbindung mit einem geeignet geformten Kolben, zum Beispiel mit am Gießkolben angeformten, in die Schmelze eintauchenden Mischschaufeln. Gegebenenfalls kann durch eine oder mehrere gewundenen Mischschaufeln auch ohne Drehbewegung die Vorwärtsbewegung des Kolbens schneepflugartig in eine Seitwärts-/Aufwärtsbewegung der Schmelze umgesetzt werden. Die zum dem Gießkolben entgegengesetzten Ende des Gießzylinders laufende Welle kann hierbei beim Auftreffen auf das Gießzylinderende ebenfalls eine überschlagende Welle bilden und so einen Beitrag zur Durchmischung von Schmelze und Gas leisten. Dazu können Strukturen am Ende des Gießzylinders und/oder im Angusskanal ebenfalls für die bestmögliche Durchmischung bzw. für die Ausbildung einer turbulenten Strömung von Schmelze und Gas hilfreich sein.

[0021] Die Geschwindigkeit des Gießkolbens in dem Gießzylinder bestimmt hierbei die Porosität des gegossenen Körpers. Geschwindigkeitswerte von mindestens 2 m/s, vorzugsweise mindestens 6 m/s führen zu zufriedenstellenden Ergebnissen. Beispielsweise liegt sie bei etwa 6,5 m/s. Diese Geschwindigkeit wird nach dem Schließen des Gießzylinders mittels einer Geschwindigkeitsregelung als konstanter Wert eingeregelt. Beispielsweise kann dieser konstante Wert über eine Vorschubstrecke von mindestens 50 %, also zum Beispiel über 60 % der gesamten Kolbenbewegung beibehalten werden. Insbesondere zum Ende des geschwindigkeitsgeregelten Vorschubes kann, beispielsweise für die maximal 5 % des gesamten Vorschubes, der Sollwert der Geschwindigkeitsregelung erheblich, zum Beispiel um mehr als 50 % reduziert werden, so dass sich am Ende der Vorschubbewegung ein kontrollierter Abbau der Kolbengeschwindigkeit ergibt. So kann ein zusätzlicher Verschleiß der Anlage durch einen auf das Ende des Gießzylinders mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden Gießkolben vermieden werden. Es ist aber auch denkbar, die gesamte Vorschubstrecke, die mittels einer Geschwindigkeitsregelung gesteuert wird, mit einer konstanten Geschwindigkeit abzufahren.

[0022] Bei Ausführung der Erfindung wird die Vorwärtsbewegung des Gießkolbens von der Geschwindigkeitsregelung beim Vorschub auf eine Druckregelung beim Nachdrücken des Gießkolbens in dem Gießzylinder umgestellt. Beim Nachdrücken kann ein konstanter Druck bis zum Erstarren der Druckgusslegierung ausgeübt werden. Der Druck kann beispielsweise über eine Sekunde oder weniger, insbesondere über nicht mehr als 0,5 Sekunden, ausgeübt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, Druckwerte von 50 MPa nicht zu überschreiten, also beispielsweise weniger als 25 MPa zu verwenden. In einer Ausführungsform wurde ein Druck von 16 MPa eingesetzt.

[0023] Um ein gleiches Volumen zu verdrängen, muss ein Gießkolben von geringerem Durchmesser weiter nach vorne vorgeschoben werden als ein Gießkolben von größerem Durchmesser. Eine Verdrängung dieses Volumens in derselben Zeit resultiert so auch in stark unterschiedliche Geschwindigkeiten des Gießkolbens. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Gießkolbens und seinem Vorschub in dem geschlossenen Gießzylinder wirkt sich damit auch auf die realisierbaren Vorschubgeschwindigkeiten aus. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser und dem Vorschub des Gießkolbens in dem geschlossenen Gießzylinder von höchstens 1:4 bevorzugt. Noch mehr bevorzugt ist ein Verhältnis von 1:5 oder noch kleiner. Das heißt, die Verdrängung des Innenvolumens des Gießzylinders wird weniger durch eine große Stirnfläche des Gießkolbens als vielmehr durch einen höheren Weg und eine höhere Geschwindigkeit des Gießkolbens erreicht.

[0024] Ein Anteil der Poren an dem Volumen des Formkörpers mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von 40% ist durchaus erreichbar. Durch geeignete Wahl der Verfahrensparameter mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden beispielsweise stabile Anteile der Poren in einem Bereich von 20-25 % eingestellt, ohne die Integrität der hergestellten Formkörper zu beeinträchtigen oder wesentliche Einbußen im Durchsatz der Gießanlage hinzunehmen. Dies bedeutet eine Einsparung an Druckgusslegierung und eine Gewichtsreduktion in eben dieser Größe.

[0025] Bei der Druckgusslegierung kann es sich insbesondere um eine Aluminiumlegierung handeln. Erfolgreich wurde das erfindungsgemäße Verfahrens mit einer Umschmelzlegierung 331 (G Al Si 12 Cu1 (Fe)) durchgeführt.

[0026] Da die Druckgusslegierung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren frei von irgendwelchen Gas freisetzenden Additiven ist, sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formkörper problemlos zu recyceln.

[0027] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.

[0028] Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.

[0029] Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0030] Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.

Fig. 1

ist ein Längsschnitt durch einen Gießzylinder mit daran angeordneten Gießkolben einer ansonsten nicht weiter dargestellten Druckgussmaschine.

Fig. 2

ist ein Geschwindigkeitsprofil über den Vorschub des Gießkolbens in dem Gießzylinder gemäß Fig. 1 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Fig. 3

ist ein Detail eines vergrößerten Längsschnitts durch den Gießzylinder gemäß Fig. 1 beim schnellen Vorschieben des Gießkolbens mit der höchsten Geschwindigkeit gemäß Fig. 2; und

Fig. 4

ist ein Druckprofil über der Zeit beim Nachdrücken mit dem Gießkolben gemäß Fig. 1 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.

FIGURENBESCHREIBUNG

[0031] In Fig. 1 ist schematisch ein Gießzylinder 1 einer nicht weiter dargestellten Druckgussmaschine dargestellt. Von dem Gießzylinder 1 geht ein Angussverteiler 2 aus, der sich zu mehreren Angusskanälen 9 verzweigen kann, die dann in eine Formkavität 8 münden. Diese Formkavität 8 hat eine Negativform von herzustellenden Formkörpern. Hergestellt werden diese Formkörper aus einer Druckgusslegierung 3, die in flüssigem Zustand, d. h. als Schmelze, in den Gießzylinder 1 über eine Einfüllöffnung 4 eingefüllt wird. Indem ein Gießkolbens 5 in dem Gießzylinder 1 vorgeschoben wird, wird die flüssige Druckgusslegierung 3 durch den Angussverteiler 2 in die Formkavität eingepresst. Sobald der Gießkolben 5 in Vorschubrichtung hinter die Einfüllöffnung 4 gelangt, verschließt er den Gießzylinder 1. An diesem Punkt ist der Füllungsgrad des Gießzylinders 1 mit der Druckgusslegierung 3 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so gering, dass der geschlossene Gießzylinder 1 nur zu beispielsweise etwa 1/7 die Druckgusslegierung 3 und ansonsten Luft enthält.

[0032] Fig. 2 ist ein Geschwindigkeitsprofil des Gießkolbens 5 über seinen Vorschub in dem Gießzylinder 1 gemäß Fig. 1. In einem Bereich I bewegt sich der Gießkolben 5 mit geringer Geschwindigkeit. Nach einem Weg S₁ hat er den Gießzylinder 1 gemäß Fig. 1 verschlossen, indem er bis zum Ende der Einfüllöffnung 4 vorgeschoben wurde. Dann wird die Geschwindigkeit des Gießkolbens 5 auf einen Maximalwert V_max erhöht, beispielsweise auf 5 m/s. Diese Geschwindigkeit V_max wird im Bereich II bis kurz vor Ende der Vorschubstrecke S₂ aufrecht gehalten, wo der Gießkolben 5 gegen Ende seines Vorschubs in den Gießzylinder 1 optional durch Einstellen eines zweiten Geschwindigkeitswertes abgebremst wird. Hierbei ist es nicht entscheidend, ob der als Sollwert eingestellte zweite Geschwindigkeitswert bis zum Erreichen des Vorschubes S₂ überhaupt erreicht wird. In dem Bereich II wird die Durchmischung von Schmelze und Luft bewerkstelligt und die Formkavität mit dem Gemisch der Druckgusslegierung 3 und der im Gießzylinder 1 eingeschlossenen Luft gefüllt.

[0033] Während des schnellen Vorschubs des Gießkolbens 5 in dem Gießzylinder 1 zwischen S₁ und S₂ gemäß Fig. 2 wird somit die Grundlage für das Einmischen des Gases 6 in die Druckgusslegierung 3 bis spätestens beim Eintritt in die Formkavität gelegt. Fig. 3 skizziert, dass durch das schnelle Vorschieben des Gießkolbens 5 in dem Gießzylinder 1 die darin befindliche flüssige Druckgusslegierung 3 nach oben vorne umgelenkt wird und so ein überschlagende Welle 7 in das Gas 6 hinein ausbildet. Das derart eingeschlagene Gas tritt mit der Druckgusslegierung 3 in den Verteiler 2 gemäß Fig. 1 und die sich anschließenden Angusskanäle 9 ein. Die sich aus dem Gießzylinder 1 fortsetzende turbulente Strömung der flüssigen Druckgusslegierung 3 resultiert dabei in eine feine Verteilung von Blasen aus dem Gas 6 in dem sich in der Formkavität ausbildenden Formkörper. Diese Blasen bilden zum größten Teil geschlossene Poren in dem Formkörper aus und definieren somit die Porosität des gegossenen Formkörpers.

[0034] Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes Druckprofil über der Zeit t, das die Druckverhältnisse im Gießzylinder 1 während des Vorschubes im Bereich I und II, sowie während eines anschließenden Nachdrückens im Bereich III darstellt. Hierbei entspricht der Zeitpunkt t₁ dem Vorschub S₁, und der Zeitpunkt t₂ dem Vorschub S₂, bei dem die Kolbenbewegung im Wesentlichen endet und der Nachdrückschritt beginnt. Während des Nachdrückprozesses im Bereich III wird im Wesentlichen ein konstanter Druck P_Nach auf den Gießkolben 5 ausgeübt, der dem Zweck der Verdrängung von verbleibenden größeren zusammenhängenden Gasvolumina dient, wobei die gewünschten feinporigen Gaseinschlüsse, die die Porosität definieren, verbleiben. Hierdurch wird eine vollständige Füllung der Formkavität 5 mit einer porösen Füllung der Druckgusslegierung 3 bis zum Zeitpunkt t₃ erreicht. Ein geringer weiterer Vorschub des Gießkolbens 5 während der Nachdrückphase als Folge der Verdrängung ist in der Darstellung des Geschwindigkeitsprofils gemäß Fig. 2 vernachlässigt. Der Nachdrückprozess kann eine Dauer von beispielsweise zwischen 0,5 und 1 Sekunde haben und wird vorzugsweise auf die Dauer bis zum Erstarren der Druckgusslegierung abgestimmt. Nach dem Erstarren der Druckgusslegierung ist ein Aufrechterhalten des Nachdruckes nicht mehr erforderlich.

[0035] Auf einer Druckgussmaschine Frech DAK 100-112 aus einer Umschmelzlegierung 331 bei Verwendung eines Gießzylinders mit einem geschlossenen Innenvolumen von etwa 4.400 cm³, in das etwa 620 cm³ Druckgusslegierung und ansonsten Luft eingeschlossen wurden, und eines Gießkolbens 5 mit einem Durchmesser von etwa 10 cm und einem Vorschub in dem geschlossenen Gießzylinder 1 von etwa 55 cm wurden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Formkörper mit einem stabilen Porenanteil von 20-25 % hergestellt. Hierbei wurden die folgenden Parameter verwendet.

Phase		Kolben-Vorschub	Geschwindigkeit / Druck (Sollwert)
I	Verschließen	0 - 120 mm	0,2 m/s
II	Druckguß	120 - 640 mm	5,0 m/s
II	Nachlauf	640 - 665 mm	2,0 m/s
III	Nachdruck	0 - 1 sec	16 MPa

[0036] Die maximale Vorschubgeschwindigkeit des Gießkolbens, die direkt nach dem Verschließen der Einfüllöffnung bei einem Vorschub von 120 mm mittels einer Geschwindigkeitsregelung eingestellt wurde, betrug dabei 5 m/s. Bei einem sich durch die Bewegung einstellenden Druck von ca. 4 MPa wurde das Legierung-Luft-Gemisch in die Formkavität gepresst. Anschließend wurde von der Geschwindigkeitssteuerung des Gießkolbens auf eine Drucksteuerung des Gießkolbens umgestellt. Beim folgenden Nachdrücken des Gießkolbens wurde ein Maximaldruck P_Nach von 16 MPa erreicht. Die Poren waren geschlossen, in den Formkörpern fein verteilt und beeinträchtigten deren Oberflächenqualität nicht.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0037] 

1

Gießzylinder

2

Angussverteiler

3

Druckgusslegierung

4

Einfüllöffnung

5

Gießkolben

6

Gas

7

überschlagende Welle

8

Formkavität

9

Angusskanal

S

Weg

t

Zeit

V

Geschwindigkeit

p

Druck

Ansprüche

1. Verfahren zum Druckgießen von mit Gas (6) gefüllte Poren aufweisenden Formkörpern aus einer Druckgusslegierung (3), wobei die flüssige Druckgusslegierung (3) zusammen mit dem Gas (6) in eine Formkavität eingepresst wird, die eine Negativform der Formkörper aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (6) und die Druckgusslegierung (3) ohne vorherige Vermischung zusammen in einen Gießzylinder (1) eingeschlossen werden, dass ein Gießkolben (5) nach dem Schließen des Gießzylinders (1) geschwindigkeitsgeregelt mit einer derart gewählten konstanten ersten Geschwindigkeit (V) in dem Gießzylinder (1) vorgeschoben wird, dass sich das Gas (6) und die flüssige Druckgusslegierung (3) bis spätestens beim Eintritt in die Formkavität unter Ausbildung einer turbulenten Strömung vermischen und dass zum Ende der Vorwärtsbewegung des Gießkolbens (5) in dem Gießzylinder (1) von einer Geschwindigkeitsregelung beim Vorschub auf eine Druckregelung beim Nachdrücken des Gießkolbens (5) in dem Gießzylinder (1) umgestellt wird, wobei beim Nachdrücken des Gießkolbens (5) in dem Gießzylinder (1) der Druck (P_Nach) maximal 50 MPa, vorzugsweise unter 25 MPa, insbesondere nicht mehr als 16 MPa, beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießzylinder (1) beim Schließen maximal zur Hälfte, vorzugsweise zu maximal einem Viertel, mit der flüssigen Druckgusslegierung (3) und ansonsten mit dem Gas (6) ausgefüllt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (6) Luft ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (V) des Gießkolbens (5) in dem Gießzylinder (1) derart gewählt ist, dass sich eine überschlagende Welle (7) der flüssigen Druckgusslegierung (3) in dem Gießzylinder (1) ausbildet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben (5) mit einer derart gewählten Geschwindigkeit (V) in dem Gießzylinder (1) vorgeschoben wird, dass sich eine turbulente Strömung aus dem Gas (6) und der flüssigen Druckgusslegierung (3) in dem Gießzylinder (1) und/oder einem sich anschließenden Angussverteiler (2) ausbildet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (V) des Gießkolbens (5) in dem Gießzylinder (1) mindestens 2 m/s, vorzugsweise mindestens 6 m/s, beträgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Gießkolbens (5) und dem Vorschub des Gießkolbens (5) in dem geschlossenen Gießzylinder (1) höchstens 1:4, vorzugsweise höchstens 1:5, beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konstante erste Geschwindigkeit (V) des Gießkolbens (5) nach dem Schließen des Gießzylinders (1) über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 60 %, des Wegs (S) des Gießkolbens (5) in dem Gießzylinder (1) beibehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben (5) nach dem Vorschieben mit der konstanten ersten Geschwindigkeit (V) mit einer zweiten Geschwindigkeit vorgeschoben wird wird, die gegenüber der ersten Geschwindigkeit um mindestens 50% reduziert ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Nachdrücken des Gießkolbens (5) in dem Gießzylinder (1) der Druck (P_Nach) bis zum Erstarren der Druckgusslegierung (3) konstant gehalten wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben (5) für nicht mehr als 1 Sekunde, vorzugsweise nicht mehr als 0,5 Sekunden, nachgedrückt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkolben (5) während der Vorwärtsbewegung im Gießzylinder (1) gedreht wird.

Claims

1. A method for die-cast moulding from a die-casting alloy (3) bodies having pores filled with gas (6), the liquid die casting alloy (3) being pressed together with the gas (6) into a mould cavity which has a negative shape of the bodies, characterised in that in that the gas (6) and the die casting alloy (3) are enclosed together in a casting cylinder (1) without prior mixing, in that a casting piston (5) is advanced in the casting cylinder (1) in a speed-controlled manner at a constant first speed (V) selected such that after closing of the casting cylinder (1), the gas (6) and the liquid die casting alloy (3) intermix under formation of a turbulent flow at the latest when entering the mould cavity, and in that, at the end of the forward movement of the casting piston (5) in the casting cylinder (1), the movement is switched from a speed control during advancement to a pressure control during subsequent pressing of the casting piston (5) in the casting cylinder (1), wherein during subsequent pressing of the casting piston (5) in the casting cylinder (1) the pressure (P_Nach) is at most 50 MPa, preferably below 25 MPa, in particular not more than 16 MPa.

2. The method according to claim 1, characterised in that, when closed, the casting cylinder (1) is filled to a maximum of half, preferably to a maximum of a quarter, with the liquid die casting alloy (3) and otherwise filled with the gas (6).

3. The method according to claim 1 or 2, characterised in that the gas (6) is air.

4. The method according to one of the preceding claims, characterised in that the speed (V) of the casting piston (5) in the casting cylinder (1) is selected such that a rollover wave (7) of the liquid die casting alloy (3) is formed in the casting cylinder (1).

5. The method according to one of the preceding claims, characterised in that the casting piston (5) is advanced in the casting cylinder (1) at a speed (V) selected such that a turbulent flow of the gas (6) and the liquid die casting alloy (3) is formed in the casting cylinder (1) and/or an casting distribution (2).

6. The method according to one of the preceding claims, characterised in that the speed (V) of the casting piston (5) in the casting cylinder (1) is at least 2 m/s, preferably at least 6 m/s.

7. The method according to one of the preceding claims, characterised in that a ratio between the diameter of the casting piston (5) and the advancing distance of the casting piston (5) in the closed casting cylinder (1) is at most 1:4, preferably at most 1:5.

8. The method according to one of the preceding claims, characterised in that the constant first speed (V) of the casting piston (5) is maintained after closing the casting cylinder (1) over at least 50%, preferably at least 60%, of the travel (S) of the casting piston (5) in the casting cylinder (1).

9. The method according to claim 8, characterised in that the casting piston (5) after advancing at the constant first speed (V) is advanced at a second speed which is reduced by at least 50% compared to the first speed.

10. The method according to one of the preceding claims, characterised in that when the casting piston (5) is pushed forward in the casting cylinder (1) the pressure (P_Nach) is kept constant until the die casting alloy (3) solidifies.

11. The method according to one of the preceding claims, characterised in that the casting piston (5) is subsequently pressed for not more than 1 second, preferably not more than 0.5 seconds.

12. The method according to one of the preceding claims, characterised in that the casting piston (5) is rotated during the forward movement in the casting cylinder (1).

Revendications

1. Procédé de coulée sous pression de corps conformés comportant des pores remplis de gaz (6) en alliage de coulée sous pression (3), dans lequel l'alliage de coulée sous pression (3) liquide est pressé avec le gaz (6) dans une cavité de moulage, laquelle comporte une forme en négatif du corps conformé, caractérisé en ce que le gaz (6) et l'alliage de coulée sous pression (3) sont introduits sans mélange préalable dans un cylindre de coulée (1), en ce qu'un piston de coulée (5) est, après fermeture du cylindre de coulée (1), avancé dans le cylindre de coulée (1) de manière régulée en vitesse avec une première vitesse constante (V) choisie de telle sorte que le gaz (6) et l'alliage de coulée sous pression (3) se mélangent en réalisant un écoulement turbulent, au plus tard lors de l'entrée dans la cavité de moulage, et qu'avant la fin du mouvement vers l'avant du piston de coulée (5) dans le cylindre de coulée (1) on passe d'une régulation de vitesse lors de l'avancée à une régulation de pression lors du recul du piston de coulée (5) dans le cylindre de coulée (1), dans lequel lors du recul du piston de coulée (5) dans le cylindre de coulée (1), la pression (P_Nach) vaut au maximum 50 MPa, de préférence moins de 25 MPa, en particulier pas plus de 16 MPa.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre de coulée (1) est rempli à moitié au maximum lors de la fermeture, de préférence au quart au maximum, avec l'alliage de coulée sous pression (3) liquide et autrement avec le gaz (6).

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz (6) est de l'air.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse (V) du piston de coulée (5) dans le cylindre de coulée (1) est choisie de telle sorte qu'il se forme une onde de roulement (7) de l'alliage de coulée sous pression liquide (3) dans le cylindre de coulée (1).

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston de coulée (5) est avancé dans le cylindre de coulée (1) avec une vitesse (V) choisie de telle sorte qu'il se forme un écoulement turbulent du gaz (6) et de l'alliage de coulée sous pression liquide (3) dans le cylindre de coulée (1) et/ou dans un distributeur de coulée (2).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse (V) du piston de coulée (5) dans le cylindre de coulée (1) vaut au moins 2 m/s, de préférence au moins 6 m/s.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un rapport entre le diamètre du piston de coulée (5) et l'avancement du piston de coulée (5) dans le cylindre de coulée (1) fermé vaut 1:4 au maximum, de préférence 1:5 au maximum.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première vitesse constante (V) du piston de coulée (5) après fermeture du cylindre de coulée (1) est conservée sur au moins 50 %, de préférence au moins 60 % du chemin (S) du piston de coulée (5) dans le cylindre de coulée (1).

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le piston de coulée (5) est avancé avec une deuxième vitesse après l'avancement avec la première vitesse constante (V), celle-ci étant réduite d'au moins 50 % par rapport à la première vitesse.

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors du recul du piston de coulée (5) dans le cylindre de coulée (1) la pression (P_Nach) est maintenue constante jusqu'à solidification de l'alliage de coulée sous pression (3).

11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston de coulée (5) n'est pas reculé pendant plus de 1 seconde, de préférence pendant plus de 0,5 seconde.

12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston de coulée (5) est mis en rotation pendant le mouvement vers l'avant dans le cylindre de coulée (1).

Zeichnung