DE10145191C1 - Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile sowie Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus mindestens einem teilflüssigen metallischen Werkstoff mittels Druckgießen, wobei ein zu vergießendes Vormaterial, umfassend den mindestens einen teilflüssigen metallischen Werkstoff und eine weitere flüssige oder teilflüssige Legierung, in eine Gussform, die ein Gießsystem und einen Bauteilbereich umfasst, mittels eines Gießkolbens verpresst wird, wobei der Bauteilbereich der Gussform und ein kleiner angrenzender Bereich des Gießsystems mit dem mindestens einem teilflüssigen metallischen Werkstoff homogen gefüllt werden und das restliche Gießsystem mit der flüssigen oder teilflüssigen Legierung gefüllt wird. Mit der Erfindung wird insbesondere eine bessere Nachverdichtung und Nachspeisung im Bauteilbereich der Gussform erreicht und eine verbesserte Übertragung des Nachverdichtungsdruckes ermöglicht.

Description

Technisches Gebiet

Der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus teilflüssigen metallischen Werkstoffen mittels Druckgießen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mittels einer Warmkammer- Druckgußmaschine. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere eine verbesserte Übertragung des Nachverdichtungsdruckes ermöglicht.

Stand der Technik

Für die Herstellung von endformnahen Bauteilen aus teilflüssigen Metallen und Legierungen, die auch partikelverstärkt sein können, mittels eines Druckgussverfahrens wird das zu vergießende Material zunächst derart in das Zweiphasengebiet erwärmt (Thixogießverfahren) bzw. abgekühlt (Rheogießverfahren), dass das Material vergossen oder verpresst werden kann. Anschließend wird das teilflüssige Material (üblicherweise in Bolzenform) in eine Gießkammer überführt und mit Hilfe eines Gießkolbens in eine Formkavität gedrückt. Ein derartiges Thixoforming-Verfahren offenbart beispielsweise die EP 1004374 A1.

Bei derartigen Verfahren ist es von entscheidender Bedeutung, dass sich durch Scherbelastungen während der Formgebung die Viskosität des teilflüssigen Materials erniedrigt (scherverdünnendes Verhalten). Nach Wegfall der Scherbelastung tritt ein Viskositätsanstieg auf. Dieses scherverdünnende Verhalten wird z. B. durch die Verwendung eines speziellen Vormaterials mit globulistischem Gefüge beim Thixogießen oder durch einen elektromagnetischen Rührprozess bei New Rheocasting erreicht. Während der Erstarrung des Metalls bzw. der Legierung in der Gussform muss über den Gießkolben ein hoher Druck zum Nachspeisen der Erstarrungs- und Abkühlungs­ schrumpfung aufgebracht werden, damit die Ausbildung innerer Lunker verhindert werden kann.

Die oben genannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass aufgrund des teilflüssigen Zustands des verpressten Materials die Druckübertragung vom Gießkolben über den Presskuchen und das Gießsystem bis in den Bauteilbereich der Gussform schwierig ist und von deutlichen Druckverlusten begleitet wird. Diese Druckverluste werden durch die innere Reibung im verpressten Material hervorgerufen. Um eine ausreichende Stabilität zu vergießender Thixobolzen zu gewährleisten, ist jedoch ein Mindestanteil an Festphase erforderlich. Bei der Verarbeitung partikelverstärkter Legierungen ist die Variationsbreite des Festphasenanteils durch den vorhandenen Partikelgehalt ebenfalls beschränkt.

Um eine bessere Nachverdichtung und Nachspeisung im Bauteilbereich der Gussform zu erreichen, könnte der Gießkolbendruck erhöht werden. Dies hat jedoch Produktivitätsnachteile zur Folge, da hierfür Druckgießmaschinen mit höheren Zuhaltekräften benötigt werden. Außerdem bewirkt dies eine deutliche Zunahme des Form- und Maschinenverschleisses.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Nachspeisung im Bauteilbereich bekannt, bei dem Squeezepins oder Sekundärkolben in der Bauteilkavität verwendet werden. Ein derartiges Verfahren offenbart beispielsweise die DE 41 14 985 A1. Diese Verfahren sind allerdings regelungstechnisch schwierig zu beherrschen und führen außerdem in räumlicher Nähe zum Squeezepin zu einer verschlechterten Gefügeausbildung im Bauteil.

Die DE 198 00 593 A1 beschreibt ein gießtechnisches Verfahren zur Herstellung von Gradientenbauteilen im teilflüssigen Zustand, bei dem mindestens zwei verschiedene Werkstoffe gleichzeitig oder in kurzer zeitlicher Abfolge in eine Gießform vergossen werden, um in bestimmten Bauteilbereichen optimierte Gefügeeigenschaften einstellen zu können.

Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die endgültige Verteilung der verschiedenen Materialien im Bauteil nur sehr eingeschränkt einstellbar ist. Aus der vorgegebenen Geometrie der Bauteilkavität resultieren z. B. durch Totfließzonen, Wirbelzonen oder aufeinandertreffende Fließfronten ungünstige Strömungsverhältnisse. Die fertigen Bauteile weisen daher keine einheitliche Verteilung der verschiedenen Materialien auf.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu überwinden und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile teilflüssigen metallischen Werkstoffen anzugeben. Insbesondere soll dieses Verfahren eine verbesserte Übertragung des Nachverdichtungsdruckes ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie die Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.

Erfindungsgemäß wird das oben genannte technische Problem durch ein Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus mindestens einem teilflüssigen metallischen Werkstoff mittels Druckgießen gelöst, bei dem ein zu vergießendes Vormaterial, das den mindestens einen teilflüssigen metallischen Werkstoff und eine weitere flüssige oder teilflüssige Legierung umfasst, in eine Gussform, die ein Gießsystem und einen Bauteilbereich umfasst, mittels eines Gießkolbens verpresst wird, wobei der Bauteilbereich der Gussform und ein kleiner angrenzender Bereich des Gießsystems mit dem mindestens einem teilflüssigen metallischen Werkstoff homogen gefüllt werden und das restliche Gießsystem mit der flüssigen oder teilflüssigen Legierung gefüllt wird. Die Gussform besteht hierbei in der Regel aus zwei Formhälften. Als metallische Werkstoffe sind im Sinne dieser Erfindung insbesondere thixotrope Legierungen, partikelverstärkte Legierungen und/oder Legierungen, die auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt wurden und mit einem Metalloxidgerüst gleichmäßig durchsetzt sind, d. h. Legierungen wie sie die DE 199 10 365 C1 offenbart, zu verstehen.

Der teilflüssige metallische Werkstoff und die flüssige oder teilflüssige Legierung unterscheiden sich in der chemischen Zusammensetzung und/oder im Aggregatszustand und können getrennt oder zusammen auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt bzw. abgekühlt werden.

Beispielsweise sind unter Materialien, die sich im Aggregatszustand unterscheiden zu verstehen:
Flüssige oder teilflüssige Legierungen, die durch Erwärmen des teilflüssigen metallischen Werkstoffs auf eine Temperatur im Solidus-Liquidus-Intervall, bei der ein geringerer Festphasenanteil vorliegt, erhalten werden; analog auch teilflüssige metallische Werkstoffe, die aus der flüssigen oder teilflüssigen Legierung durch Abkühlung in einen Zustand mit höherem Festphasenanteil hergestellt werden. Außerdem können der teilflüssige metallische Werkstoff und die flüssige oder teilflüssige Legierung hergestellt werden, indem ein hierzu eingesetztes Material auf zwei unterschiedliche Temperaturen, bei denen ein unterschiedlicher Festphasenanteil vorliegt, erwärmt bzw. abgekühlt werden. Unter Materialien, die sich in der chemischen Zusammensetzung unterscheiden ist z. B. auch zu verstehen, dass partikelverstärkte Legierungen bzw. Legierungen nach der DE 199 10 365 C1 als teilflüssige metallische Werkstoffe eingesetzt werden und die entsprechenden Legierungen mit einem geringeren Anteil an Partikelverstärkung bzw. Metalloxidgerüst, bevorzugt aber ohne Partikelverstärkung bzw. Metalloxidgerüst, als flüssige oder teilflüssige Legierungen eingesetzt werden. Im Fall teilflüssiger metallischer Werkstoffe nach der DE 199 10 365 C1 kann auch eine Erwärmung über die Liquidustemperatur der Legierung stattfinden, da durch das Metalloxidgerüst ein Zusammenhalt gewährleistet wird.

Als Druckgussverfahren kann sowohl ein Warmkammerverfahren als auch ein Kaltkammer­ verfahren verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt hierbei die Druckübertragung vom Gießkolben auf das Vormaterial direkt über die flüssige oder teilflüssige Legierung.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den ökonomischen Vorteil, dass der teilflüssige metallische Werkstoff, der aufgrund spezieller Anforderungen an das herzustellende Bauteil oft aus sehr teurem Material besteht, sehr sparsam verwendet werden kann. Als flüssige oder teilflüssige Legierung wird daher bevorzugt eine Legierung oder auch ein reines Metall eingesetzt, das billig ist und/oder recycelbar ist bzw. einem effizienten Recyclingprozess zugeführt werden kann.

Da weniger metallischer Werkstoff eingesetzt werden kann ergibt sich als weiterer Vorteil, dass die Zeit für eine induktive Erwärmung dieses Werkstoff gesenkt werden kann und damit die Energiekosten gesenkt werden können. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Kaltkammerverfahren sind dementsprechend auch weniger Thixoaufheizstationen für die Gewährleistung einer vorgegebenen Gießtaktrate erforderlich.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Gießsystem bis auf den dem Bauteilbereich angrenzenden Teil mit der flüssigen oder teilflüssigen Legierung gefüllt ist, wird außerdem erreicht, dass bei Verwendung einer flüssigen oder teilflüssigen Legierung, die eine geringere innere Reibung als der teilflüssige metallische Werkstoff aufweist, während der Verdichtungsphase des Gießprozesses (d. h. wenn Nachverdichtung und Nachspeisung erfolgt) eine bessere Druckübertragung und Nachspeisung als bei den vorbekannten Verfahren stattfindet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt so durchgeführt, dass genau soviel teilflüssiger metallischer Werkstoff verwendet wird, dass sowohl während des Füllprozesses als auch während der Nachspeisungsphase keine flüssige oder teilflüssige Legierung in den Bauteilbereich der Gussform eindringen kann. Es ist dabei auch der Bedarf an teilflüssigem metallischen Werkstoff zu berücksichtigen, der aufgrund von Totfließzonen oder Wirbelzonen in kleinen Bereichen des Gießsystems auftreten kann. Besonders bevorzugt wird das Gießsystem daher so ausgeführt, dass keine Totfließzonen oder Wirbelzonen vorliegen.

Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine bessere Druckübertragung als in den vorbekannten Verfahren erfolgt, wird eine bessere Konturgenauigkeit der mit dem Verfahren hergestellten Bauteile erreicht. Außerdem weisen diese Bauteile im Gegensatz zu den nach den vorbekannten Verfahren hergestellten Bauteilen eine einheitlichere Gefügestruktur und eine geringere Lunkerbildung auf. Die Bauteile haben dadurch bedingt bessere mechanische Eigenschaften, insbesondere eine bessere Bruchdehnung.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mit einem teilflüssigen metallischen Werkstoff durchgeführt, der einen höheren Festphasenanteil als die flüssige oder teilflüssige Legierung aufweist.

Untersuchungen der Anmelderin haben nämlich ergeben, dass die innere Reibung im verpressten Material sowie die Reibung an der Wandung der Gussform und damit Druckverluste während der Verdichtungsphase des Gießprozesses um so größer sind, je höher der Festphasenanteil in der Legierungsschmelze ist. Weist also die flüssige oder teilflüssige Legierung, mit der der Großteil des Gießsystems gefüllt ist, einen geringeren Festphasenanteil auf als der teilflüssige metallische Werkstoff, so sind während der Verdichtungsphase geringere Druckverluste zu verzeichnen. Besonders geringe Druckverluste treten auf, wenn die Legierung flüssig ist.

Eine besonders effektive Druckübertragung wird in der Regel dann erreicht, wenn der teilflüssige metallische Werkstoff und die flüssige oder teilflüssige Legierung ein Festphasenverhältnis aufweisen, das ähnlich aber nicht gleich groß ist und wenn dieses Festphasenverhältnisverhältnis des teilflüssigen metallischen Werkstoffs und der flüssigen oder teilflüssigen Legierung auch bei der während des Druckgussprozesses auftretenden Scherbelastung erhalten bleibt.

Durch ein derartiges Festphasenverhältnis wird außerdem das Risiko einer Durchmischung der genannten Phasen minimiert.

Auch wenn der teilflüssige metallische Werkstoff und die flüssige oder teilflüssige Legierung aus Materialien mit einer ähnlichen chemischen Zusammensetzung bestehen oder aus dem gleichen Material bestehen und auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt bzw. abgekühlt wurden, wird das Risiko einer Durchmischung der beiden Phasen minimiert und es kann während der Verdichtungsphase eine optimale Druckübertragung erfolgen.

Wird als Gussverfahren ein Kaltkammerverfahren verwendet, so kann das Vormaterial, das den teilflüssigen metallischen Werkstoff und eine weitere flüssige oder teilflüssige Legierung umfasst, der Gussform als einzelner Bolzen oder in Form von getrennten Bolzen zugeführt werden. Der teilflüssige metallische Werkstoff und die flüssige oder teilflüssige Legierung werden hierbei der Gussform über eine Gießkammer zugeführt. Die flüssige oder teilflüssige Legierung kann aber auch direkt als Schmelze zwischen den teilflüssigen metallischen Werkstoff und den Gießkolben dosiert werden und über eine Gießkammer der Gussform zugeführt werden. Die flüssige oder teilflüssige Legierung kann hierbei bezogen auf Gießsystem und Bauteilbereich der Gussform von oben oder von unten in die Gießkammer dosiert werden. Wird ein einzelner Bolzen verwendet, so kann der Übergang zwischen den Bereichen des teilflüssigen metallischen Werkstoffs und der flüssigen oder teilflüssigen Legierung im Bolzen sowohl scharf mit Grenzfläche als auch diffus mit einem Übergangsbereich ausgeführt sein. Wird mehr als ein metallischer Werkstoff eingesetzt, so können auch diese metallischen Werkstoffe in einzelnen Bolzen oder in einem gemeinsamen Bolzen oder in einem gemeinsamen Bolzen mit der flüssigen oder teilflüssigen Legierung eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch als Warmkammerverfahren durchgeführt werden, wobei das Vormaterial, das einen teilflüssigen metallischen Werkstoff und eine weitere flüssige Legierung umfasst, in einem Gießbehälter erzeugt wird und über ein Mundstück in die Gussform verpresst wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es erstmals möglich teilflüssige Materialien mittels eines Warmkammerverfahrens zu verpressen. Das erfindungsgemäße Warmkammerverfahren ist sehr ökonomisch, da nur so viel teilflüssiger metallischer Werkstoff erzeugt werden muss, wie für das Befüllen des Bauteilbereichs der Gussform nötig ist. Die zur Druckübertragung verwendete flüssige oder teilflüssige Legierung kann recycelt werden bzw. soweit sie sich im Mundstück befindet in das Behältnis für die flüssige oder teilflüssige Legierung zurückfließen.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Warmkammerverfahren so durchgeführt, dass der Festphasenanteil des teilflüssigen metallischen Werkstoffs größer als 5 Vol.-% und der Festphasenanteil der flüssigen oder teilflüssigen Legierung geringer als der des teilflüssigen metallischen Werkstoffs ist.

Dies bewirkt, dass das Risiko einer Durchmischung der beiden Phasen minimiert wird und während der Verdichtungsphase eine optimale Druckübertragung erfolgen kann.

Besonders bevorzugt ist eine Durchführung des obenstehenden Warmkammerverfahren, bei der der teilflüssige metallische Werkstoff entweder durch Abkühlen der flüssigen oder teilflüssigen Legierung erhalten wird oder dadurch erhalten wird, dass der flüssigen oder teilflüssigen Legierung in dem Bereich des Gießbehälters, der dem Mundstück zugewandt ist, feste Partikel zugesetzt werden.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Warmkammerverfahrens wird mit der erfindungsgemäßen Warmkammer-Druckgussmaschine realisiert. Diese umfasst ein Behältnis um darin eine flüssige Legierung aufzubewahren; einen Gießbehälter, der in das Behältnis mit der flüssigen Legierung getaucht ist; einen Gießkolben, der im Gießbehälter angeordnet ist und so betätigt werden kann, dass ein teilflüssiger metallischer Werkstoff über ein Mundstück in eine Gussform verpresst wird, wobei im dem Mundstück zugewandten Bereich des Gießbehälters eine Behandlungseinheit zur Herstellung des teilflüssigen metallischen Werkstoffs aus der flüssigen Legierung vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und insbesondere deren Behandlungseinheit ist es erstmals mit einer Warmkammer-Druckgussmaschine möglich, teilflüssige Materialien zu verpressen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Warmkammer- Druckgussmaschine als Behandlungseinheit eine Vorrichtung zur Abkühlung der flüssigen Legierung auf.

Die Abkühlung der flüssigen Legierung erfolgt hierbei so, dass ein homogener Festphasenanteil und eine globulare Ausformung der festen suspendierten Phase eingestellt werden. Dies kann beispielsweise durch einen elektromagentischen Rührprozess, Ultraschall oder über die Beeinflussung des Keimbildungsverhaltens während der teilweisen Erstarrung geschehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Warmkammer-Druckgussmaschine als Behandlungseinheit eine Vorrichtung auf, über die der flüssigen oder teilflüssigen Legierung feste Partikel zugesetzt werden können.

Bester Weg zur Realisierung des Verfahrens

Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend anhand von mehreren Beispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1a, b Kaltkammerverfahren, bei dem ein Thixobolzen, der aus einer SiC- partikelverstärkten AlSi7Mg-Legierung (metallischer Werkstoff) und der nicht partikelverstärkten AlSi7Mg-Legierung (flüssige oder teilflüssige Legierung) besteht, verpresst wird.

Fig. 2a, b Kaltkammerverfahren, bei dem ein Bolzen, der aus einer SiC-partikelverstärkten AlSi7Mg-Legierung (metallischer Werkstoff) besteht, und eine aus einem Vorratsbehälter zudosierte Aluminiumschmelze (flüssige oder teilflüssige Legierung) verpresst werden.

Fig. 3a, b, c Warmkammerverfahren, bei dem mittels einer Abkühlungsvorrichtung eine flüssige Legierung zur Herstellung eines teilflüssigen metallischen Werkstoffs kontrolliert abgekühlt wird und dieser teilflüssige metallische Werkstoff anschließend verpresst wird.

Beispiel 1

In Fig. 1a ist ein Thixobolzen 1 dargestellt, der im vorderen Bereich einen metallischen Werkstoff 2, eine SiC-partikelverstärkte AlSi7Mg-Legierung, und im hinteren Bereich eine Legierung 3, die Legierung AlSi7Mg ohne Partikelverstärkung, enthält. Der Bolzen wird nach der induktiven Erwärmung so in eine Gießkammer 4 gelegt, dass der hintere Bereich einem Gießkolben 5 zugewandt ist und mit Hilfe des Gießkolbens in ein Gießsystem 6 und in einen Bauteilbereich 7 verpresst (Fig. 1b). Der Verzicht auf die Partikelverstärkung im hinteren Bolzenbereich mit der flüssigen oder teilflüssigen Legierung 3 führt zu einer Erhöhung des Flüssigphasenanteils im Gießsystem und somit zu einer verbesserten Aufbringung des Nachdruckes durch den Gießkolben im Vergleich zur Verwendung von komplett partikelverstärkten Bolzen. Auch aus Sicht der Wiederverwertung des Aluminiums aus dem Bereich des Gießsystems ist die Verminderung des Partikelanteils verfahrenstechnisch und ökonomisch vorteilhaft.

Der Übergang zwischen den Materialien 2 und 3 im Thixobolzen 1 kann sowohl scharf mit Grenzfläche als auch diffus mit einem Übergangsbereich ausgeführt sein. Die einzelnen Bereiche 2 und 3 des Thixobolzens 1 können getrennt oder zusammen hergestellt werden. Möglich ist auch eine getrennte Erwärmung der einzelnen Bolzen auf gleiche oder unterschiedliche Temperaturen und eine Zusammenführung im teilflüssigen Zustand kurz vor dem Vergießen.

So kann etwa ein nach der DE 199 10 365 C1 aus pulverförmiger Aluminiumlegierung AlSi7Mg0,6 hergestellter Bolzen, der im vorderen Bereich mit 20 gew% SiC-Partikeln verstärkt ist und im hinteren Bereich keine SiC-Partikel enthält, auf eine Temperatur (690°C) über die Liquidustemperatur der Aluminium-Legierung erhitzt werden, ohne dass der Bolzen seine Formstabilität verliert. Der Bolzen wird in dieser Form in die Gießkammer überführt und verpresst. Beim Verpressen verflüssigt sich aufgrund des Aufbrechens der Oxidstruktur durch Scherbelastung insbesondere der hintere Bereich des Bolzens. Aufgrund seiner im Vergleich zu konventionellen, im Strangguss hergestellten Thixolegierungen hohen Temperatur friert dieser Bereich relativ langsam ein und erlaubt während dieser Zeit eine gute Übertragung des Nachverdichtungsdruckes in die partikelverstärkte Phase in der Bauteilkavität. Hierdurch wird eine bessere Konturgenauigkeit erreicht als bei der Verwendung von Bolzen, die im gesamten Volumen mit SiC-Partikeln verstärkt sind.

Beispiel 2

In Fig. 2 ist ein Thixobolzen 1 dargestellt, der nur einen metallischen Werkstoff 2, eine SiC- partikelverstärkte AlSi7Mg-Legierung enthält. Der Bolzen wird nach der induktiven Erwärmung in eine Gießkammer 4 gelegt. Unmittelbar anschließend wird in den Zwischenraum zwischen Thixobolzen 1 und einem Gießkolben 5 eine flüssige oder teilflüssige Legierung 3 z. B. eine Aluminiumschmelze aus einem Vorratsbehälter 8 in die Gießkammer 4 dosiert. Es kann sich hierbei um die Schmelze der Legierung AlSi7Mg oder auch um eine andere Metall- oder Legierungsschmelze handeln. Anschließend werden der Thixobolzen 1 mit dem teilflüssigen metallischen Werkstoff 2 und die Schmelze der Legierung 3 in eine Gussform 9, 10 mit einem Gießsystem 6 und einem Bauteilbereich 7 verpresst, wobei der Bauteilbereich 7 nur von der partikelverstärkten AlSi7Mg-Legierung gefüllt wird, das Gießsystem 6 dagegen hauptsächlich von der Schmelze der Legierung 3. Die auf diese Weise erreichte Erhöhung des Flüssigphasenanteils im Gießsystem und das folglich spätere Einfrieren dieses Bereiches erlaubt eine verbesserte Druckübertragung und Nachspeisung als bei den vorbekannten Verfahren.

Um ein Umfließen der Schmelze der Legierung 3 über den Thixobolzen 1 beim Beginn des Vorschubprozesses des Gießkolbens 5 zu vermeiden, kann gegebenenfalls eine Abdeckung der Gießkammer 4 angebracht werden sowie eine Anpassung des Bolzendurchmessers an den Durchmesser der Gießkammer 4 erfolgen.

Beispiel 3

In Fig. 3a ist eine Warmkammer-Druckgussmaschine dargestellt, welche in einem oberen Bereich 11 eines Gießbehälters 12 als Behandlungseinheit 13 eine Vorrichtung zur Abkühlung einer flüssigen Legierung 3 und damit zur Herstellung eines teilflüssigen metallischen Werkstoffs 2, der einen höheren Festphasenanteil als 3 besitzt, aufweist.

Zu Beginn des Gießprozesses wird ein Gießkolben 5 soweit vorbewegt, dass die flüssige Legierung 3 in den Bereich 11 des Gießbehälters 12 eintritt, welcher den Thermostat als Behandlungseinheit 13 zur kontrollierten Abkühlung aufweist (Fig. 3b). Nach der Abkühlung der in diesem Bereich 11 befindlichen Schmelze, des teilflüssigen metallischen Werkstoffs 2, die zur Ausbildung von mindestens Vol.-5% Festphasenanteil führt, wird der Gießkolben 5 weiter vorgedrückt. Der teilflüssige metallische Werkstoffs 2 wird von der aus dem unteren Bereich des Gießbehälters 12 nachströmenden völlig flüssigen Legierung 3 über ein Mundstück 14 bis in einen Bauteilbereich 7 gedrückt, wo er endgültig erstarrt (Fig. 3c). Im geheizten Mundstückbereich 14 und im gesamten Gießbehälter 12 befindet sich zum Abschluss des Füllprozesses Material der nachfließenden völlig flüssigen Legierung 3. Da die Innenwandung des Bereichs 11 durch die kontrollierte Abkühlung der flüssigen Legierung 3 in den teilflüssigen Zustand etwas erwärmt wurde, wird die nachströmende völlig flüssige Legierung 3 weniger abgekühlt. Sie bleibt daher während des wenige Sekunden dauernden Formfüll- und Bauteilerstarrungsprozesses vollständig flüssig. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Trennung der Gießform vom Mundstück und das Rückfließen der Legierung aus dem oberen Bereich des Gießbehälters ganz analog zu Warmkammergießverfahren nach dem bisherigen Stand der Technik erfolgen kann.

Bezugszeichenliste

1

Thixobolzen

2

metallischer Werkstoff, während des Verpressens teilflüssig

3

Legierung, während des Verpressens flüssig oder teilflüssig

4

Gießkammer

5

Gießkolben

6

Gießsystem

7

Bauteilbereich

8

Vorratsbehälter

9

,

10

Gussform mit einer beweglichen Formhälfte

9

und einer festen Formhälfte

10

11

oberer Bereich des Gießbehälters

12

12

Gießbehälter

13

Behandlungseinheit zur Herstellung des metallischen Werkstoffs

2

14

Mundstück

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus mindestens einem ersten teilflüssigen metallischen Werkstoff (2) mittels Druckgießen, wobei ein zu vergießendes Vormaterial, umfassend den mindestens einen ersten teilflüssigen metallischen Werkstoff (2) und eine zweite flüssige oder teilflüssige Legierung (3), in eine Gussform (9, 10), die ein Gießsystem (6) und einen Bauteilbereich (7) umfasst, mittels eines Gießkolbens (5) verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilbereich (7) der Gussform (9, 10) und ein kleiner angrenzender Bereich des Gießsystems (6) mit dem mindestens einem ersten teilflüssigen metallischen Werkstoff (2) homogen gefüllt werden und das restliche Gießsystem (6) mit der zweiten flüssigen oder teilflüssigen Legierung (3) gefüllt wird und dass in diesem Füllungszustand die Erstarrung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckübertragung vom Gießkolben (5) auf das Vormaterial über die flüssige oder teilflüssige Legierung (3) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der teilflüssige metallische Werkstoff (2) einen höheren Festphasenanteil als die flüssige oder teilflüssige Legierung (3) aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der teilflüssige metallische Werkstoff (2) partikelverstärkt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der teilflüssige metallische Werkstoff (2) auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt wird und mit einem Metalloxidgerüst gleichmäßig durchsetzt ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vormaterial als einzelner Bolzen oder in Form von getrennten Bolzen der Gussform (9, 10) zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgießen mittels eines Warmkammerverfahrens erfolgt, wobei das Vormaterial in einem Gießbehälter (12) erzeugt wird und über ein Mundstück (14) in die Gussform (9, 10) verpresst wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Festphasenanteil des teilflüssigen metallischen Werkstoffs (2) größer als 5 Vol.-% ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der teilflüssige metallische Werkstoff (2) durch Abkühlen der flüssigen oder teilflüssigen Legierung (3) erhalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der teilflüssige metallische Werkstoff (2) dadurch erhalten wird, dass der flüssigen oder teilflüssigen Legierung (3) in dem Bereich des Gießbehälters (12), der dem Mundstück (14) zugewandt ist, feste Partikel zugesetzt werden.

11. Warmkammer-Druckgussmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, umfassend: ein Behältnis um darin eine flüssige Legierung (3) aufzubewahren; einen Gießbehälter (12), der in das Behältnis mit der flüssigen Legierung (3) getaucht ist; einen Gießkolben (5), der im Gießbehälter (12) angeordnet ist und so betätigt werden kann, dass ein teilflüssiger metallischer Werkstoff (2) über ein Mundstück (14) in eine Gussform (9, 10) verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mundstück (14) zugewandten Bereich des Gießbehälters (12) eine Behandlungseinheit (13) zur Herstellung des teilflüssigen metallischen Werkstoffs (2) aus der flüssigen Legierung (3) vorgesehen ist.

12. Druckgussmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet dass die Behandlungseinheit (13) eine Vorrichtung zur Abkühlung der flüssigen oder teilflüssigen Legierung (3) ist.

13. Druckgussmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinheit (13) eine Vorrichtung ist, über die der flüssigen oder teilflüssigen Legierung (3) feste Partikel zugesetzt werden können.