Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verbundgussteilen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Formanordnung gemäß dem Ansprüchen 1 und 4 zur Herstellung von Hybridteilen, bei dem ein Einlegeteil aus Metall in eine aus mindestens zwei Formhälften bestehende Form eingelegt wird, und nach dem Schließen der Formhälften in einer genau bestimmten Stellung gehalten wird, worauf flüssiges Metall in die Form gegossen wird, und wobei die Lage des Einlegeteiles durch zwei einander gegenüberliegende Stützflächen definiert wird, die in unterschiedlichen Formhälften gebildet sind (DE-B-1110371).

[0002] Es ist bekannt, die mechanischen Eigenschaften von Teilen, die beispielsweise durch Druckguß hergestellt werden, dadurch zu verbessern, daß sogenannte Einlegeteile verwendet werden. Diese Einlegeteile sind häufig faserverstärkt. Dabei wird der Einlegeteil, der in einem ersten Verfahrensschritt vorgefertigt wird, in die Form eingelegt und vom eigentlichen Gußmaterial umgossen. Ein solches Verfahren erlaubt die Herstellung von Hybridteilen aus unterschiedlichen Materialien, mit jeweils optimierten und aufeinander abgestimmten Eigenschaften. So können etwa Werkstücke hergestellt werden, die aus einer Magnesiumlegierung bestehen und einen Einlegeteil aus einem anderen Werkstoff aufweisen. Daher ermöglicht es ein solches Verfahren, ein Werkstück an hochbelasteten Stellen gezielt mit einer Faserverstärkung zu versehen, während geringer belastete Teile aus Kostengründen unverstärkt ausgebildet sind.

[0003] Die DE 39 32 562 A betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen. Dabei ist ein Einlegeteil vorgesehen, der zwischen einer Formhälfte und einem Salzkern angeordnet ist. Um das Aufschwimmen des Salzkerns zu verhindern, ist dieser an der gegenüberliegenden Formhälfte mit stiftartigen Ansätzen abgestützt. Eine spielfreie Lagerung von Salzkern und Einlegeteil ist bei dieser Vorrichtung nur schwer erreichbar.

[0004] Aus der DE 38 07 347 A ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern bekannt, die aus mehreren Metallschichten bestehen.

[0005] In der DE 40 17 955 A und der DE 41 32 091 A sind ebenfalls Verfahren zur Herstellung von Gußwerkstücken aus unterschiedlichen Materialien vorbeschrieben.

[0006] Weiters sind aus der EP 0 356 768 A und aus der DE 36 20 510 A Verfahren zur Herstellung von Gußteilen bekannt, die teilweise faserverstärkt sind.

[0007] Um das Werkstück reproduzierbar fertigen zu können, ist es erforderlich, den Einlegeteil spielfrei in der Form zu halten, um eine Bewegung des Einlegeteils zu verhindern. Andererseits ist es in vielen Fällen notwendig, den Einlegeteil auf eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise zwischen 200 und 300° C vorzuwärmen, um eine metallurgische Verbindung zwischen Einlegeteil und Gußwerkstoff zu erzielen. Durch die thermisch bedingten Änderungen der Abmessungen des Einlageteiles ist es jedoch äußerst schwierig, zu erreichen, daß der Einlegeteil sicher und spielfrei zwischen den Formhälften aufgenommen wird. Ist der Einlegeteil zu groß, dann entstehen beim Schließen der Formhälften große Kräfte, die zur Zerstörung von Bauteilen führen können. Bei einem zu kleinen Einlegeteil ist nicht gewährleistet, daß dieser die vorbestimmte Lage in der Form einnimmt.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem eine genaue und sichere Positionierung von Einlegeteilen auch dann gewährleistet ist, wenn gewisse Toleranzen in den Abmessungen von Form oder Einlegeteil auftreten, wobei eine globale Verformung der Einlegeteile vermieden wird.

[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß aus einer Stützfläche mindestens ein mit einer Spitze versehener Vorsprung vorragt, und daß bei geschlossenen Formhälften der Abstand der Spitze des Vorsprunges zur gegenüberliegenden Stützfläche kleiner ist als die minimale Erstreckung des Einlegeteiles in dieser Richtung und daß der Abstand zwischen den beiden Stützflächen größer ist als die entsprechende maximale Erstreckung des Einlegeteiles in dieser Richtung wodurch der Einlegteil beim Schließen der Formhälften ausschließlich im Bereich des Eindringens des mit einer Spitze versehenen vorsprungs Lokal verformt wird. Um die Funktion des Formwerkzeuges zu erhalten, ist es klarerweise erforderlich, daß der Werkstoff der Spitze des Vorsprunges deutlich härter ist, als der des Einlegeteils.

[0010] Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für alle Gießverfahren geeignet, die mit zwei oder mehr Formhälften arbeiten, von denen mindestens eine beweglich ist, wie etwa den Druckguß. Besonders geeignet ist die Erfindung für die sogenannten SC (shot control) Verfahren, bei denen der Kolbenhub während des Gießvorganges gesteuert wird.

[0011] Wesentlich an der Erfindung ist, daß die Lage des Einlegeteils durch zwei einander gegenüberliegende Stützflächen definiert wird. Die Form der Stützflächen hängt grundsätzlich von der Form des zu fertigenden Werkstückes ab. Handelt es sich bei dem Einlegeteil beispielsweise um einen Ring, so sind mindestens drei Spitzen erforderlich. In den hier beschriebenen Beispielen wird von zueinander parallelen Stützflächen ausgegangen, was jedoch nicht unbedingt der Fall sein muß. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß der Einlegeteil in einer Formhälfte sicher an einer Stützfläche anliegt, wodurch eine genau definierte Lage des Einlegeteils erreicht wird. An der anderen Stützfläche drückt sich die Spitze des Vorsprunges in den Einlegeteil ein, und zwar so weit, wie dies erforderlich ist. Die Abmessungen der einzelnen Bauteile sind dabei so gewählt, daß bei Verwendung eines Einlegeteils mit einer Abmessung an der unteren Toleranzgrenze die Spitze des Vorsprunges in den Einlegeteil eindringt, und zwar so weit, daß ein sicherer Halt gewährleistet ist. Ist die Abmessung des Einlegeteils an der oberen Toleranzgrenze, dann dringt der Vorsprung weiter ein, wobei die entsprechende Stützfläche dem Einlegeteil sehr nahe kommt, oder ihn maximal leicht berührt.

[0012] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch die Kraft definiert ist, mit der der Einlegeteil zwischen den Stützflächen eingespannt ist. Durch diese Verspannung kann nicht nur ein sicheres Anliegen etwa an einem Thermofühler erreicht werden, es kann auch eine Überlastung des Bauteils und des Formen verhindert werden.

[0013] In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Einlegeteil auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt wird. Auf diese Weise kann eine metallische Verbindung der Werkstoffe erreicht werden, was die Festigkeitseigenschaften verbessert.

[0014] Um eine genaue Kontrolle über das Verfahren zu ermöglichen, kann in bevorzugter Weise vorgesehen sein, daß vor und/oder während des Gußvorganges eine Temperaturmessung an einer Fläche des Einlegeteiles durchgeführt wird.

[0015] Weiters betrifft die Erfindung eine Formanordnung zur Herstellung von Hybridteilen, mit mindestens zwei Formhälften, wobei in unterschiedlichen Formhälften Stützflächen zum Halten eines Einlegeteiles ausgebildet sind. Diese Formanordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Stützfläche mindestens ein mit einer Spitze versehener Vorsprung vorragt, und wobei der Abstand der Spitze des Vorsprunges zur gegenüberliegenden Stützfläche kleiner ist als die minimale Erstreckung des Einlegeteiles in dieser Richtung und daß der Abstand zwischen den beiden Stützflächen größer ist als die entsprechende maximale Erstreckung des Einlegeteiles in dieser Richtung wobei die Verformung des Einlegeteiles lokal auf die Umgebung der Spitze des Vorsprungs beschränkt bleibt. In bevorzugter Weise kann die Spitze kegelförmig oder pyramidenförmig ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der Vorsprung auch als Schneide ausgebildet sein. Bei der konstruktiven Gestaltung des Vorsprunges wird man darauf Rücksicht nehmen, daß in dem hergestellten Werkstück ein Abdruck des Vorsprunges verbleibt. In vielen Fällen wird es möglich sein, den Vorsprung so anzuordnen, daß ein solcher Abdruck am fertigen Werkstück nicht störend ist. Wenn es nicht anders möglich ist, muß eine Nachbearbeitung des Werkstückes erfolgen.

[0016] In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

[0017] Es zeigen schematisch:

Fig. 1

eine erfindungsgemäße Formanordnung mit einem Einlegeteil in geöffnetem Zustand,

Fig. 2

ist ein Detail von Fig. 1,

Fig. 3

die Formanordnung von Fig. 1 in geschlossenem Zustand, und

Fig. 4

ist eine weitere Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung.

[0018] Die Formanordnung der Fig. 1 und 2 besteht aus zwei Formhälften 1 und 2, in denen ein Formhohlraum 3 angeordnet ist. In die Formhälfte 2 ist ein zylindrischer Einlegeteil 4 eingelegt. Im Bereich einer Stirnfläche 5 des Einlegeteils 4 weist die Formhälfte 2 eine Stützfläche 6 auf, die mit einem Vorsprung 7 versehen ist, der in einer Spitze 8 endet. Die Formhälfte 1 besitzt eine Stützfläche 9, die dazu bestimmt ist, am Einlegeteil 4 anzuliegen. Weiters ist in der Formhälfte 1 ein Temperaturfühler 10 vorgesehen, der im Bereich der Stützfläche 9 am Einlegeteil 4 anliegt.

[0019] Wenn die Formhälften 1 und 2 geschlossen werden, dann dringt die Spitze 8 in den Einlegeteil 4 ein und drückt den Einlegeteil 4 an die gegenüberliegende Stützfläche 9. Im Anschluß daran wird der Formhohlraum 3 mit der Gußlegierung gefüllt.

[0020] Bei der Ausführungsvariante von Fig. 4 wird ein hülsenartiger Bauteil, etwa ein Pleuel hergestellt, die an ihrem inneren Umfang durch einen Einlegeteil 4 verstärkt ist. Entsprechende Teile sind in der Fig. 4 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Formhälfte 2 sind in regelmäßigen Anständen drei Vorsprünge 7 gebildet, die den Einlegeteil 4 an eine gegenüberliegende Stützfläche 9 der Formhälfte 1 drücken. Auch hier wird ein genauer Sitz des Einlegeteils erreicht.

[0021] Bezeichnet man die Tiefe des Formenhohlraums 3 der Formhälfte 1 mit a und die Tiefe mit der der Einlegeteil 4 in die Formhälfte 2 bei geschlossener Form eindringt mit b, so daß die Länge 1 des Einlegeteils 4 die Summe aus a und b darstellt, so ergeben sich folgende Bedingungen für eine ordnungsgemäße Funktion der Erfindung. Die Tiefe e des Formhohlraums der Formhälfte 2 bis zur Stützfläche 6 muß größer sein als b, also

[0022] Dies ist die Voraussetzung dafür, daß der Einlegeteil 4 durch das Schließen der Formhälften 1, 2 nicht unzulässig gestaucht wird.

[0023] Andererseits muß

wobei d die Höhe der Spitze 7 des Vorsprungs 7 darstellt. Die Eindringtiefe c des Vorsprungs 7 in den Einlegeteil 4 ist dabei durch folgende Gleichung gegeben:

[0024] Es muß somit eine minimale Eindringtiefe c gegeben sein, um den genau definierten Sitz des Einlegeteils 4 zu gewährleisten.

[0025] Die Länge 1 (= a + b) des Einlegeteils ist dabei die tatsächliche Länge während des Schusses. Diese tatsächliche Länge 1 unterscheidet sich von der nominellen Länge durch Herstellungstoleranzen und die Wärmeausdehnung. Es ist zwar an sich möglich, die Länge 1 zu berechnen oder durch Versuche zu bestimmen, eine Vielzahl von Einflußgrößen erschwert jedoch eine solche genaue Bestimmung, die ansonsten im zehntel Millimeterbereich erforderlich wäre.

[0026] Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, mit einfachen Mitteln Hybridteile hoher Qualität herzustellen. Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß es nicht notwendig ist, die Einlegeteile hochgenau zu fertigen, um geringstmögliche Toleranzen zu erreichen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Hybridteilen, bei dem ein Einlegeteil (4) aus Metall in eine aus mindestens zwei Formhälften (1, 2) bestehende Form eingelegt wird, und nach dem Schließen der Formhälften (1, 2) in einer genau bestimmten Stellung gehalten wird, worauf flüssiges Metall in die Form gegossen wird, und wobei die Lage des Einlegeteiles (4) durch zwei einander gegenüberliegende Stützflächen (6, 9) definiert wird, die in unterschiedlichen Formhälften (1, 2) gebildet sind, wobei aus einer Stützfläche (6) mindestens ein mit einer Spitze versehener Vorsprung (7) vorragt, und wobei bei geschlossenen Formhälften der Abstand der Spitze (8) des Vorsprunges (7) zur gegenüberliegenden Stützfläche (9) kleiner ist als die minimale Erstreckung des Einlegeteiles (4) in dieser Richtung und der Abstand zwischen den beiden Stützflächen (6, 9) größer ist als die entsprechende maximale Erstreckung des Einlegeteiles (4) in dieser Richtung, wodurch der Einlegeteil (4) beim Schließen der Formhälften (1, 2) ausschließlich im Bereich des Eindringens des mit einer Spitze versehener Vorsprungs (7) lokal verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlegeteil (4) vor dem Einlegen auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder während des Gußvorganges eine Temperaturmessung an einer Fläche (9) des Einlegeteiles durchgeführt wird.

4. Formanordnung zur Herstellung von Hybridteilen, mit mindestens zwei Formhälften (1, 2), wobei in unterschiedlichen Formhälften Stützflächen (6, 9) zum Halten eines Einlegeteiles ausgebildet sind, wobei aus einer Stützfläche (6) mindestens ein mit einer Spitze (8) versehener Vorsprung (7) vorragt, und wobei der Abstand der Spitze (8) des Vorsprunges (7) zur gegenüberliegenden Stützfläche (9) kleiner ist als die minimale Erstrekkung des Einlegeteiles (4) in dieser Richtung und wobei der Abstand zwischen den beiden Stützflächen (6, 9) größer ist als die entsprechende maximale Erstreckung des Einlegeteiles (4) in dieser Richtung, wobei die Verformung des Einlegeteiles (4) lokal auf die Umgebung der Spitze (8) des Vorsprunges (7) beschränkt bleibt.

5. Formanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (7) kegelförmig oder pyramidenförmig ausgebildet ist.

6. Formanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung als Schneide ausgebildet ist.

7. Formanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Stützfläche (9), die der Stützfläche (6) mit dem Vorsprung (7) gegenüberliegt, ein Temperaturfühler (10) angeordnet ist.

Claims

1. A method to produce hybrid parts in which an insert (4) made of metal is inserted into a mould consisting of at least two mould halves (1, 2) and is held following the closure of the mould halves (1, 2) in a precisely defined position, whereupon liquid metal is poured into the mould, with the position of the insert (4) being defined by two mutually opposite supporting areas (6,9) which are formed in different mould halves (1, 2), with at least one projection (7) provided with a tip protruding from one supporting area (6) and with the distance of the tip (8) of the projection to the opposite supporting area (9) being smaller when the mould halves are closed than the minimum extension of the insert (4) in this direction and the distance between the two supporting areas (6, 9) being higher than the respective maximum extension of the insert (4) in this direction, as a result of which the insert is deformed locally only in the zone of the penetration of the projection (7) provided with the tip during the closure of the mould halves (1, 2).

2. A method as claimed in claim 1, characterized in that the insert (4) is preheated to a predetermined temperature prior to the insertion.

3. A method as claimed in one of the claims 1 or 2, characterized in that a temperature measurement is performed on a surface area (9) of the insert prior to and/or during the casting process.

4. A mould arrangement to produce hybrid parts, with at least two mould halves (1, 2), with supporting areas (6, 9) for holding an insert being arranged in different mould halves, with at least one projection (7) provided with a tip protruding from a supporting area (6) and with the distance of the tip (8) of the projection (7) to the opposite supporting surface (9) being smaller than the minimum extension of the insert (4) in this direction and with the distance between the two supporting areas (6, 9) being larger than the respective maximum extension of the insert (4) in this direction, with the deformation of the insert (4) being locally limited to the ambient area of the tip (8) of the projection (7).

5. A mould arrangement as claimed in claim 4, characterized in that the projection (7) is provided with a conical or pyramidal arrangement.

6. A mould arrangement as claimed in claim 4, characterized in that the projection is arranged as a cutting edge.

7. A mould arrangement as claimed in one of the claims 4 to 6, characterized in that a temperature sensor (10) is arranged in the zone of the supporting area (9) which is disposed opposite of the supporting area (6) with the projection (7).

Revendications

1. Procédé de fabrication de pièces hybrides dans lequel une pièce d'insertion métallique (4) est placée dans un moule constitué d'au moins deux éléments (1, 2) de moule et, après la fermeture des éléments (1, 2) de moule, est tenue dans une position déterminée avec précision, suite à quoi du métal en fusion est introduit dans le moule, où la position de la pièce d'insertion (4) est définie par deux surfaces d'appui (6, 9) se faisant face et prévues sur les différents éléments (1, 2) du moule, où une surface d'appui (6) comprend au moins une saillie (7) pourvue d'une pointe, où la distance entre la pointe (8) de la saillie (7) et la surface d'appui faisant face (9) est inférieure à la longueur minimale de la pièce d'insertion (4) dans cette direction, où la distance entre les deux surfaces d'appui (6, 9) est supérieure à la longueur maximale de la pièce d'insertion (4) dans cette direction, grâce à quoi la pièce d'insertion (4), lors de la fermeture des éléments (1, 2), se trouve déformée uniquement localement dans la zone de pénétration de la saillie (7) portant une pointe.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce d'insertion (4) est préchauffée à une température prédéterminée avant d'être mise en place.

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'avant ou pendant le processus de coulée, on effectue une mesure de la température sur une surface (9) de la pièce d'insertion.

4. Procédé de fabrication d'une pièce hybride avec au moins deux éléments (1, 2) de moule, où des surface d'appui (6, 9) sont prévues dans différents éléments de moule pour retenir une pièce d'insertion, où une surface d'appui (6) porte au moins une saillie (7) comportant une pointe (8), où la distance entre la pointe (8) de la saillie (7) et la surface d'appui (9) en face est plus petite que la longueur minimale de la pièce d'insertion (4) dans cette direction, où la distance entre les deux surfaces d'appui (6, 9) est supérieure à la longueur maximale correspondante de la pièce d'insertion (4) dans cette direction et où la pièce d'insertion (4) se trouve déformée localement uniquement dans la zone de pénétration de la saillie (7) portant une pointe (8).

5. Agencement de moule selon la revendication 4, caractérisé en ce que la saillie (7) est réalisée avec une forme conique ou pyramidale.

6. Agencement de moule selon la revendication 4, caractérisé en ce que la saille est réalisée sous la forme d'une lame.

7. Agencement de moule selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que dans une région de la surface d'appui (9) qui se trouve en face de la surface d'appui (6) avec la saillie, on prévoit une sonde de température (10).

Zeichnung