DE10158156A1

DE10158156A1 - Production of die-cast parts comprises heating starting materials in the form of billets/slugs, feeding the starting materials in semi-solid form to die-casting machine, and casting/molding the starting materials using high pressures

Info

Publication number: DE10158156A1
Application number: DE2001158156
Authority: DE
Inventors: Benno Niedermann
Original assignee: Buehler Druckguss AG
Current assignee: Buehler Druckguss AG
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2003-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druckgießteilen, insbesondere von Felgen oder Rädern für Fahrzeuge, sowie eine Gießeinrichtung hierzu. DOLLAR A Um qualitativ hochwertige Felgen oder Räder herzustellen, werden die Ausgangswerte in einer Gießzelle stufenweise aufgeheizt und in halbfester Form in eine Druckgießmaschine überführt und zum Druckgießteil umgeformt.The invention relates to a method for producing die-cast parts, in particular rims or wheels for vehicles, and a casting device therefor. DOLLAR A In order to produce high-quality rims or wheels, the initial values are gradually heated up in a casting cell and transferred in a semi-solid form to a die casting machine and formed into the die casting.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Druckgiessteilen, insbesondere von Teilen aus Aluminium- oder Magnesiumwerkstoffen. Die Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung von Felgen oder Rädern für die Fahrzeugindustrie. The invention relates to a method for producing die-cast parts, in particular of parts made of aluminum or magnesium materials. The invention relates especially the manufacture of rims or wheels for the automotive industry.

Felgen oder Räder für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, werden heute nach dem Niederdruckgiessverfahren aus Aluminiumwerkstoffen hergestellt. Dabei handelt es sich meist um einfach gesteuerte Niederdruckgiessmaschinen mit hohem manuellen Arbeitsanteil. Jede Maschine benötigt eine Bedienperson, die sowohl der hohen Temperaturen der Metallschmelze als auch der Abgase des Giessprozesses ausgesetzt ist. Die Entformung der gegossenen Teile ist aufwändig. Rims or wheels for vehicles, especially motor vehicles, are being replaced today the low pressure casting process made of aluminum materials. Acting it is mostly simply controlled low pressure casting machines with high manual Working interest. Every machine needs an operator who is both high Temperatures of the molten metal and the exhaust gases of the casting process is exposed. The demolding of the cast parts is complex.

Viele Handoperationen beeinflussen die Teilequalität und die Zykluszeit für den Abguss eines Rades beträgt 7 bis 12 Minuten. Designänderungen bedingen die Herstellung neuer Formen. Many manual operations influence the part quality and the cycle time for the casting one wheel is 7 to 12 minutes. Design changes require production new forms.

Der Hersteller (Niederdruckgiesser) kauft die benötigte Aluminiumlegierung in Barrenform ein und schmilzt diese in Schmelzöfen neben der Niederdruckgiessmaschine auf, d. h. die Qualität kann zudem von Maschine zu Maschine abweichen. The manufacturer (low pressure casting) buys the required aluminum alloy in Ingot mold and melts it in melting furnaces next to the low pressure casting machine, d. H. the quality can also vary from machine to machine.

Ein Verfahren zum Giessen von Kraftfahrzeugrädern, aus Aluminium, Magnesium oder dgl. Leichtmetallen in Niederdruckgiessmaschinen, die im wesentlichen aus einem Tiegel zur Warmhaltung der Schmelze, einer über dem Tiegel angeordneten Giessform sowie einem von der Giessform ausgehenden, den Deckel des Tiegels durchragenden und in die Schmelze einragenden Steigrohr bestehen, wobei das durch das Giessen des Formteils verbrauchte Metall in die Giessmaschine nachchargiert wird zeigt die DE- C-36 19 525. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass vor jedem Abguss ein Metallblock (Massel) einer dem Gussgewicht im wesentlichen entsprechenden Masse in den Gasraum über dem Badspiegel der Giessmaschine eingebracht und vor bzw. nach dem Ziehen bzw. Auswerfen des Gussstückes in das Bad der Giessmaschine eingebracht wird. A method for casting motor vehicle wheels, from aluminum, magnesium or The like. Light metals in low-pressure casting machines, which essentially consist of one Crucible for keeping the melt warm, a casting mold arranged above the crucible and a protruding from the mold, the lid of the crucible and there are riser pipes protruding into the melt, this being done by casting of the molding used metal is recharged in the casting machine shows the DE C-36 19 525. It is characterized in that a metal block before each casting (Ingot) of a mass essentially corresponding to the casting weight in the Gas space introduced above the bath level of the casting machine and before or after the Pulling or ejecting the casting into the bath of the casting machine becomes.

Es ist allgemein bekannt, Teile aus Aluminium- oder Magnesiumwerkstoffen durch Druckgiessen aus der Schmelze heraus oder auch halbfester, zugeschnittener Bolzen (SSM-Verfahren oder Thixomolding) herzustellen. Bisher ist es jedoch nicht gelungen, für derartige hochbelastete Teile wirtschaftlich alternative Verfahren zu entwickeln. It is generally known to make parts from aluminum or magnesium materials Die casting from the melt or semi-solid, cut bolts (SSM process or thixomolding). So far, however, To develop alternative methods economically for such highly stressed parts.

So offenbart die DE-C-195 38 243 ein Verfahren zur Herstellung eines semigeschmolzenen Thixogiess-Giessmaterials bei dem durch Thixogiess-Material, das einen äusseren Umfang, das einen äusseren Schichtabschnitt mit Dendriten und einen äusseren Umfang eines Hauptkörperabschnitts herum aufweist, einer Hitzebehandlung ausgesetzt wird, um ein semi-geschmolzenes Giessmaterial mit darin koexistenten festen und flüssigen Phasen zu erzeugen. Hierbei werden die Dendriten durch Erhöhen der Temperatur des äusseren Schichtabschnitts bzgl. des Hauptkörperabschnitts in sphärische feste Phasen transformiert, um den äusseren Schichtabschnitt in einen semi-geschmolzenen Zustand zu bringen. Durch Netzung von Skin-Effekten soll ein zu schnelles Aufheizen des Hauptkörpers verhindert werden. Ein solches schrittweises Verfahren zum Aufheizen ist aufwendig und erfordert mehrere Induktionsheizschritte mit unterschiedlichen Frequenzen. For example, DE-C-195 38 243 discloses a method for producing a semi-melted Thixogiess casting material in the by Thixogiess material, the an outer circumference, an outer layer section with dendrites and a has an outer periphery of a main body portion around, a heat treatment is exposed to a semi-melted casting material with coexistent therein to generate solid and liquid phases. Here the dendrites are increased the temperature of the outer layer section with respect to the main body section in spherical solid phases transformed into an outer layer section to bring semi-molten state. By wetting skin effects one should rapid heating of the main body can be prevented. Such a gradual The heating process is complex and requires several induction heating steps different frequencies.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Druckgiessteilen, insbesondere von Rädern oder Felgen für Fahrzeuge zu entwickeln, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwindbar sind. Insbesondere sollen qualitativ hochwertige Räder und dergleichen mit verringertem Aufwand herstellbar werden. Die Umweltbelastungen sollen spürbar verringert werden, in Verbindung mit verbesserten Arbeitsbedingungen. The invention is therefore based on the object of a method for producing To develop die cast parts, in particular wheels or rims for vehicles, with which the disadvantages of the prior art can be overcome. In particular, should high quality wheels and the like can be produced with reduced effort become. The environmental pollution should be reduced noticeably in connection with improved working conditions.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart. The problem is solved with the features of claim 1. Advantageous embodiments are disclosed in the subclaims.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Giesseinrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Another object of the invention is to provide a pouring device for Execution of the procedure.

In einer als solcher vorbekannten Druckgiesszelle mit Zuführungs- und Erwärmungseinrichtungen für den Giesswerkstoff, einer Druckgiessmaschine, Handhabungsgeräten und Steuereinrichtungen werden Heizeinrichtungen integriert, die ein stufenweises Aufheizen von Bolzen aus Aluminiumwerkstoffen ermöglichen (ggf. auch von Magnesiumwerkstoffen), die dann ohne nennenswerten Kontakt zur Umgebungsluft in die Druckgiessmaschine gelangen. Nach dem Druckgiessen bzw. Druckumformen werden die Gussteile in einem speziellen Prozess gekühlt und ausgelagert und zwar wesentlich schneller als bisher üblich. Kennzeichen des Aufheizens ist, dass mit hohen, konstanten Energieeintrag begonnen wird und der Energieeintrag dann nach von Thixotropie im Metallbereich reduziert wird. In a die casting cell known as such with a feed and Heating devices for the casting material, a die casting machine, handling devices and control devices, heaters are integrated, which is a gradual Allow bolts made of aluminum materials to be heated (possibly also from Magnesium materials), which then enter the Die casting machine arrive. After die casting or pressure forming, the Castings cooled and outsourced in a special process, and essentially faster than usual. The hallmark of heating is that with high, constant Energy input is started and the energy input then after by thixotropy in the Metal area is reduced.

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens liegen darin, dass es vollautomatisiert ausführbar ist, die Handhabung von Flüssigmetall entfällt, einschliesslich der entsprechenden Schmelzöfen und potenziellen Gefährdungen. Abgase etc. gefangen nicht in direkten Kontakt zu Bedienpersonen und Umwelt. Die Zykluszeit pro Rad sinkt auf ca. 1 Minute. The main advantages of the method according to the invention are that it is fully automated, the handling of liquid metal, including the corresponding furnaces and potential hazards. Exhaust gases etc. caught not in direct contact with operators and the environment. The cycle time per wheel decreases to about 1 minute.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine Giesszelle. The invention is described in an exemplary embodiment with reference to a drawing described in more detail. The only figure in the drawing shows a casting cell.

Die Giesszelle beinhaltet eine Druckgiessmaschine 1 mit einer Form, einer Steuereinheit 2 und einem Monitor 3, einen Entnahmeroboter 4 zur Teileentnahme mit einer Steuereinheit 5, einen Beladeroboter 6 zur Slugzuführung mit Steuereinheit 7 sowie ein Sprühroboter 8 mit Steuereinheit 9. Vorgesehen sind ebenfalls Einrichtungen zur Temperatursteuerung 10, Kühlstationen 11 und 13, elektrische, z. B. induktive Heizeinheiten 12 zur Aufheizung von Slugs (Bolzen), eine Einrichtung zur Teilekontrolle 14 vor einem Förderband 16 bzw. 16' zum Austrag nicht qualitätsgerechter Teile sowie ein weiteres Förderband 15 zum Austrag der Gutteile. Vorgesehen sind weiterhin eine Metallzufuhr (Sluglager 17), eine automatische Reinigungsstation 18 sowie eine manuelle Reinigungsstation 20 für Giessteile, eine Waage 19 und ein Reparaturbereich. The casting cell contains a die casting machine 1 with a mold, a control unit 2 and a monitor 3 , a removal robot 4 for parts removal with a control unit 5 , a loading robot 6 for feeding the slug with control unit 7 and a spray robot 8 with control unit 9 . Devices for temperature control 10 , cooling stations 11 and 13 , electrical, e.g. B. inductive heating units 12 for heating slugs (bolts), a device for parts control 14 in front of a conveyor belt 16 or 16 'for the discharge of non-quality parts and a further conveyor belt 15 for the discharge of the good parts. A metal feed (slug bearing 17 ), an automatic cleaning station 18 and a manual cleaning station 20 for castings, a scale 19 and a repair area are also provided.

Der Druckgiessmaschine 1 werden direkt Slugs bzw. Bolzen oder Portionen zugeführt, die vorher in den Heizeinheiten 12 erwärmt wurden. Sie können direkt und unter Luftabschluss in die Giesskammer der Druckgiessmaschine 1 überführt werden. Bei Einsatz von Magnesiumwerkstoffen (aber auch bei Aluminiumwerkstoffen sinnvoll) werden die erwärmten Slugs in geschlossenen Behältern mittels Roboter 4 der Giesskammer der Druckgiessmaschine 1 zugeführt. Die Behältnisse sind so ausgeführt, dass die Slugs bereits in diesen aufgeheizt werden und bei erreichen der Solltemperatur wird das Behältnis in der Heizeinheit 12 mit einem Deckel verschlossen und die Zuführung zur Giesskammer kann ohne Schutzgas erfolgen. Alternativ die Zuführung der Bolzen auch direkt aus einem beheizbaren Bereitstellungsraum/Zuführkanal heraus erfolgen, der ggf. auch direkt mit der Giesskammer verbunden sein kann, wobei bei Bedarf auch während der Überführung die Temperatur noch erhöht werden kann. The die casting machine 1 is fed directly with slugs or bolts or portions that were previously heated in the heating units 12 . They can be transferred directly and with no air into the casting chamber of die casting machine 1 . When using magnesium materials (but also useful with aluminum materials), the heated slugs in closed containers are fed to the casting chamber of the die casting machine 1 by means of robots 4 . The containers are designed in such a way that the slugs are already heated in them, and when the target temperature is reached, the container in the heating unit 12 is closed with a lid and the supply to the casting chamber can take place without protective gas. Alternatively, the bolts can also be fed directly from a heatable supply space / feed channel, which can also be connected directly to the casting chamber, if necessary, the temperature being able to be increased during the transfer if necessary.

Im Falle von Aluminiumwerkstoffen kommt z. B. bevorzugt eine Legierung Nr. 357 zum Einsatz, die ein Abschrecken und Auslagern der gegossenen Teile mit geringerem Zeitaufwand ermöglicht (180°C; 3,5 h, T5-Behandlung). Die Aufheizung vor dem giessen erfolgt stufenweise. Diese kann in drei Bereiche eingeteilt werden. Eine Hochleistungserwärmung zu Beginn, ein "Garen" nach erreichen der Thixotropie im Mantelbereich des Bolzens und in eine Homogenisierung zum endgültigen einstellen von globulithischem Gefüge im Vormaterial. In the case of aluminum materials, e.g. B. preferably an alloy No. 357 for Use a quenching and outsourcing of the cast parts with less Time required (180 ° C; 3.5 h, T5 treatment). The heating before pouring takes place gradually. This can be divided into three areas. A High-performance heating at the beginning, "cooking" after reaching the thixotropy in the jacket area of the bolt and in a homogenization for the final adjustment of globulithic structure in the primary material.

Hierbei wird ein Al-Bolzen von 5 bis 6" Durchmesser zunächst mit konstant hoher Energie auf ca. 550 bis 570°C aufgeheizt, wobei die Differenz der Temperatur zum Innern des Bolzens bis c. 20°C beträgt. Anschliessend wird der Energieeintrag in sehr kurzer Zeit drastisch reduziert, über sehr kurze Zeit gehalten ("Garen") und danach wieder gesteigert und erneut gehalten, bis eine Temperatur von ca. 585°C erreicht ist und die Temperaturdifferenz auf ca. 2 bis 3 Grad gesunken ist. Bei Bolzen bis 4" Durchmesser kann der Verfahrensablauf insoweit vereinfacht werden, dass der Schritt des Absenkens des Energieeintrages langsamer und über längere Zeit gleichmässig erfolgen kann. Here, an Al bolt with a diameter of 5 to 6 "is initially made with a constant high Energy heated to approx. 550 to 570 ° C, the difference in temperature to the inside the bolt to c. Is 20 ° C. Then the energy input becomes very short Time drastically reduced, kept for a very short time ("cooking") and then again increased and held again until a temperature of about 585 ° C is reached and the Temperature difference has dropped to about 2 to 3 degrees. For bolts up to 4 "in diameter can be simplified to the extent that the step of Lowering the energy input takes place more slowly and evenly over a longer period can.

Es ist kein flüssiger Werkstoff mehr zu handhaben. Sämtliche Abgase werden abgesaugt und die Formsprühung soweit optimiert, dass kein Restsprühmittel entsorgt werden muss. Rauchgasentstehung ist nahezu ausgeschlossen. There is no longer any liquid material to be handled. All exhaust gases are aspirated and the form spray optimized so that no residual spray is disposed of must become. Smoke gas generation is almost impossible.

Die Formen und Giesswerkzeuge sind modular aufgebaut, so dass pro Radtyp kostengünstige und einfach austauschbare Formpakete gegeben sind. Ein Schnellwechsel für den jeweils formgebenden Teil der Formen ist möglich. The molds and casting tools are modular, so that each type of wheel inexpensive and easily interchangeable mold packages are given. A quick change for the respective shaping part of the forms is possible.

Die Form in der Druckgiessmaschine 1 ist dreiteilig und variabel einsetzbar. Da das Felgenbett je Raddimension unverändert bleibt, müssen nur zwei Formplatten an unterschiedliches Frontdesign angepasst werden. Diese können noch Einsätze enthalten, die aus einem günstigen und weniger hochfesten Werkstoff bestehen. Damit kann die Lebensdauer solcher Einsätze an die erforderliche Schusszahl angepasst werden und nur die Grundform muss aus hochfestem Werkstoff bestehen. The shape in the die casting machine 1 is three-part and can be used variably. Since the rim base remains unchanged per wheel dimension, only two mold plates have to be adapted to different front designs. These can still contain inserts that are made of an inexpensive and less high-strength material. The service life of such inserts can thus be adapted to the number of rounds required and only the basic shape has to be made of high-strength material.

Weiterhin können die Formplatten Schiebereinsätze enthalten, die in definierten Bereichen einstellbare Höhen und Breiten im Frontdesign (je nach Reifen- und Felgendimension) zulassen, so dass nicht für jede Dimension eine extra Form benötigt wird. Furthermore, the mold plates can contain slide inserts defined in Adjustable heights and widths in the front design (depending on the tire and Rim dimension) so that an extra shape is not required for each dimension.

Spezielle Abstreifer ermöglichen ein leichtes entformen selbst bei komplizierten Formgebungen oder Hinterschnitten. Diese Abstreifer sind so angeordnet, dass nach einem Formöffnungshub durch einen Ausstosshub nach oben verfahren wird, wobei Konturteile/Schieber auch quer zur Entformungsrichtung verfahren und vom Gussteil gelöst werden können. Special wipers enable easy demoulding, even with complicated ones Shapes or undercuts. These wipers are arranged so that after a Mold opening stroke is moved upwards by an ejection stroke, wherein Contour parts / slide also move transversely to the demolding direction and detached from the casting can be.

Als Ausgangsmaterial der Slugs kommt ein feinkörniges Material in Betracht, welches z. B. ein- oder zweistufig aus einem Draht geformt bzw. extrudiert wird, um Kornfeinheiten kleiner 50 µm, mit gleichmässiger, neo-globularer Mikrostruktur zu erhalten. Letzteres ist für z. B. qualitativ hochwertige Räder bzw. Felgen, deren Herstellung nach einem SSM-Verfahren erfolgen soll, erforderlich. Bezugszeichen 1 Druckgiessmaschine
2 Steuereinheit
3 Monitor
4 Entnahmeroboter
5 Steuereinheit
6 Beladeroboter
7 Steuereinheit
8 Sprühroboter
9 Steuereinheit
10 Temperatursteuerung
11 Kühlstation
12 Heizeinheit
13 Kühlstation
14 Teilekontrolle
15 Förderband
16 Förderband
17 Sluglager
18 Reinigungsstation
19 Waage
20 Reinigungsstation
21 Reparaturbereich
A fine-grained material can be considered as the starting material for the slugs. B. is formed in one or two stages from a wire or extruded to obtain finenesses smaller than 50 microns, with a uniform, neo-globular microstructure. The latter is for z. B. high-quality wheels or rims, the production of which is to be carried out by an SSM process, required. Reference number 1 die casting machine
2 control unit
3 monitor
4 removal robots
5 control unit
6 loading robots
7 control unit
8 spray robots
9 control unit
10 temperature control
11 cooling station
12 heating unit
13 cooling station
14 Parts inspection
15 conveyor belt
16 conveyor belt
17 slug bearings
18 cleaning station
19 scales
20 cleaning station
21 Repair area

Claims

1. A process for the production of die-cast parts, in particular wheels or rims for vehicles by casting, the starting materials being supplied and heated in the form of bolts or slugs, characterized in that the heated starting materials have a globulithic microstructure in the semi-solid form of a die-casting machine ( 1 ) fed and cast or formed using high pressures.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heating of the Starting materials are made in stages.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Cooling down to at least 180 ° C and aging of the cast parts within approx. 3.5 Hours.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the Cycle time is approximately 1 minute.

5. The method according to claim 1, characterized in that the supply of the heated starting materials in the die casting machine ( 1 ) takes place with largely air exclusion.

6. The method according to claim 2, characterized in that the bolt made of an aluminum material
initially heated to a temperature with a high and constant energy input at which a thixotropy occurs in the jacket area
afterwards the energy input is drastically and quickly reduced you will be held for a short time
then the energy input is increased again and held until the temperature inside and in the jacket area is largely equalized.

7. Casting device for the production of die-cast parts, in particular rims or wheels for vehicles with a casting device, heating devices for Heating of the starting materials and handling devices, in particular robots for handling the raw materials and die-cast parts, characterized in that the casting device is a die casting machine contains and is designed as an automated casting cell.

8. Casting device according to claim 7, characterized in that it is variable Forms and inserts of the forms.

9. Casting device according to claim 8, characterized in that the material of an insert is adapted to the required number of shots.