DE102005021688A1

DE102005021688A1 - Einsatz von Trennmitteln im Schwerkraft-Kokillenguss

Info

Publication number: DE102005021688A1
Application number: DE200510021688
Authority: DE
Inventors: Bernd Ristau; Udo Ertingshausen; Ingo Dr. Niedick; Andreas Riebandt; Frank Krausse; Marc Braunhardt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2006-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils mittels Schwerkraft-Kokillenguss, wobei eine Kokille mit Gussmaterial befüllt wird und vor Befüllen der Kokille mit Gussmaterial ein Innenbereich der Kokille mit einem Trennmittel beschichtet wird, wobei eine gleichmäßige Beschichtung der Innenseite der Kokille erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Abgusses mittels Schwerkraft-Kokillenguss, gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Beim Kokillen-Gussverfahren wird heißes, flüssiges Metall in eine Form, bzw. eine Kokille gegeben, welches anschließend abgekühlt wird, und dabei in der Kokille zu einem Abguss erstarrt. Durch die Erstarrung verringert sich das Volumen des Formteils und eine Schwindung erfolgt. Damit sich das Formteil aber nicht auf den Innenbereich, also die Innenfläche der Kokille aufschrumpft und Rückstände in der Kokille hinterlässt, wird vor dem Befüllen der Kokille eine Schlichte auf die Innenseite der Kokille aufgebracht. Ferner ist es erforderlich, dass die Kokille vorher auf eine bestimmte Temperatur vorgewärmt wird, um ein leichteres und gleichmäßiges Befüllen, fehlerfreie Erstarrung und Heißrissvermeidung der Form zu erzielen.

Unter Schlichten werden im Bereich der Gießereitechnik Überzugsstoffe verstanden, die auf Kokillen aufgetragen werden um die poröse Formteiloberfläche zu glätten. Dazu benutzt man fein gemahlene feuerfeste bis hochfeuerfeste Stoffe als Grundmaterial. Die Überzugsschicht isoliert den Untergrund und schützt vor thermischer Belastung durch die Metallschmelze.

Schlichten sind häufig Graphit Suspensionen oder Lösungen in Wasser, die manuell auf die Oberfläche der Innenseite der Form aufgebracht werden.

Nachteilig bei dieser Art des Einbringens der Schlichte ist jedoch, dass unterschiedliche Dicken der Schicht der Schlichte entstehen, und in einigen Bereiche eventuell keine Schlichte aufgebracht ist. Besonders an diesen Stellen finden Auswaschungen und Ausbrüche statt, die zu starken Formverschleiß führen. An anderen Stellen erfolgt oftmals mehrfaches Auftragen, was zu einem erhöhten Verbrauch des Schlichtematerials und Geometrieabweichungen des Abgusses führt.

Des weiteren haben Schlichten eine starke Isolationswirkung, wodurch Wärme nicht schnell durch die Kokille abgeleitet werden kann und sich somit die Abkühlzeit deutlich verlängert, was sich wiederum nachteilig in den Kosten niederschlägt. Ferner muss bei der Verwendung von Schlichte nach jedem Gießvorgang die Kokille gereinigt und anschließend wieder neu mit Schlichte versehen werden. Da dies wie bereits erwähnt manuell erfolgt, ist damit ein erheblicher Zeit- und Kostenaufwand verbunden.

Auch die Haftung der derzeit eingesetzten Schlichten im Kokillenguss ist als nicht zufriedenstellend zu bezeichnen, die daher lokal durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten des eingegossenen Materiales abgerieben werden. An diesen Stellen ist der Formverschleiß durch entstehende Verbindungen besonders hoch. Ferner hat dies zur Folge, dass das Formteil auf die Innenseite der Kokille aufschrumpft und dort Rückstände hinterlässt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches die oben genannten Nachteile verringert und ein kostengünstiges und schnelles Verfahren zum Herstellen eines Formteils mittels Schwerkraft-Kokillenguss ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bereits mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Formteils mittels Schwerkraft-Kokillenguss, sieht vor, dass der Innenbereich einer Kokille, bevor sie mit Gussmaterial befüllt wird, mit Trennmittel beschichtet wird.

Es hat sich gezeigt, dass dieses Verfahren auf einfache Weise ein kostengünstiges und schnelles Herstellen von Formteilen ermöglicht. Das Trennmaterial bewirkt, dass die Adhäsionskräfte zwischen Gussmaterial, und dem daraus entstehenden Formteil und der Kokille wirksam abgebaut werden und eine Art von Schutzschicht auf der Innenseite der Kokille zwischen Kokille und Formteil gebildet wird. Ferner haftet Trennmittel stärker an der Kokille als die bisher für Schwerkraft-Kokillenguss eingesetzten Schlichten.

Dadurch wird unter anderem ein einfaches Entnehmen des Formteils aus der Kokille ermöglicht, da das Formteil auf Grund des Trennmittels nicht an der Kokille anhaften kann. Dies hat zur Folge, dass sich Ausbrüche am Formteil verhindern lassen, was zu einer besseren Qualität der Formteile führt und ein Nacharbeiten überflüssig werden lässt.

Es hat sich weiterhin gezeigt, dass sich durch den Einsatz von Trennmitteln auch Auswaschungen an der Kokille vermeiden lassen, und sich somit die Standzeit einer Kokille deutlich verlängert. Der Formverschleiß wird deutlich reduziert. Dies trägt unter anderem zu einer Kostenersparnis bei.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sieht die Erfindung vor, dass das Trennmittel auf die Kokille aufgedampft wird. Es wird so ermöglicht, dass das Trennmittel gleichmäßig der Innenseite der Kokille aufgetragen ist. Ferner ermöglicht ein derartiges Verfahren auch, dass Bereiche der Innenseite der Kokille beschichtet werden, die sonst nur schwer zu behandeln sind. Ein gleichmäßiges Beschichten der Innenseite der Kokille ist für ein einfaches Herauslösen des Formteils aus der Kokille nötig.

Es hat sich gezeigt, dass es von Vorteil ist, wenn als Trennmittel eine Suspension verwendet wird. Unter einer Suspension ist ein heterogenes Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und einem darin fein verteilten Feststoff zu verstehen. Derartige Suspensionen als Trennmittel ermöglichen, dass das Trennmittel ausreichend an der Kokille haftet und selbst durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten der Schmelze nicht abgerieben wird.

Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn als Trennmittel eine Öl als Trägermittel umfassende Suspension verwendet wird oder ein Wachs umfassendes Trägermittel. Öl bzw. Wachs hat im Vergleich zu Wasser den Vorteil, dass es nicht so leicht verdampft. Ebenfalls wird durch die Verwendung von Öl als Trägermittel ein Reduzieren des verdampften Wassers mit Aluminium, aus welchem das Gussmaterial bestehen kann, vermieden und somit die Explosionsgefahr verhindert.

Die Erfindung sieht ferner vor, dass als Trägermittel auch ein wasserenthaltendes Trägermittel verwendet werden kann. Diese Trennmittel besitzen eine hohe Leitfähigkeit, und tragen dazu bei, dass die Form nach dem Befüllen wieder schnell abkühlt.

Vorteilhaft ist es, wenn als Trennmittel eine Graphit-Suspension und/oder eine Bornitrid-Suspension verwendet wird. Sowohl Graphit als auch Bornitrid besitzen eine hohe Schmierfähigkeit. Ferner weist Bornitrid eine gute thermische Leitfähigkeit bei gleichzeitig hohem elektrischen Widerstand auf, sowie eine geringe thermische Ausdehnung und eine gute chemische und thermische Stabilität. Auf Grund dieser Eigenschaften eignet es sich besonders gut für den Einsatz als Trennmittel.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sieht die Erfindung vor, dass als Trennmittel eine Suspension mit einer Teilchengröße von kleiner als 1 μm verwendet wird. Diese kann besonders gut aufgedampft werden und eine feine und gleichmäßige Beschichtung der Innenseite der Kokille wird möglich.

Vorzugsweise wird der Innenbereich der Kokille maschinell mit dem Trennmittel beschichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, so dass Personalkosten und Zeit reduziert werden und ein gleichmäßiges Beschichten der Innenseite der Kokille gewährleistet ist.

Das Beschichten des Innenbereichs der Kokille mit einem Trennmittel erfolgt bevorzugt mittels einer Druckluftspritzpistole. Ein gleichmäßiges, einfaches Aufbringen des Trennmittels wird ermöglicht, was gegenüber dem manuellen Verfahren auch wesentlich schneller erfolgt.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung sieht die Erfindung vor, dass ein Trennmittel verwendet wird, welches eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Hierbei sollte die Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von 0,4 W/(m·K) bis 0,8 W/(m·K). Bevorzugt ist eine Wärmeleitfähigkeit von 0,6 W/(m·K). Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung eines Trennmittels mit guter Wärmeleitfähigkeit, die Wärme des Formteils schneller entweichen kann und ein schnelleres Abkühlen des Formteils erfolgt. Dadurch verringert sich die Taktzeit des Gießvorganges, was zu einer Kostenreduzierung führt.

Die Erfindung sieht vor, dass die Kokille nach der Beschichtung vorzugsweise gleichmäßig erhitzt wird. Das Erwärmen der Kokille dient dem besseren Befüllen der Form, in die das heiße Gussmaterial gegeben wird. Im Schwerkraft-Kokillenguss werden Temperaturen von über 350°C erreicht, im Gegensatz zum Druckgussverfahren, wo die Temperaturen in einem Bereich von 180°C bis 250°C angesiedelt sind.

Es hat sich gezeigt, dass durch den Einsatz von Trennmitteln ermöglicht wird, dass eine mittels Trennmittel beschichtete Kokille zum Gießen von mehreren Formen verwendet werden kann und nicht nach jedem Gussvorgang gereinigt werden muss. Dies hat unter anderem eine Verringerung des Verbrauchs von Trennmitteln zur Folge. Ferner ist dadurch auch eine Zeitersparnis möglich und somit wird eine Senkung der Produktionskosten erzielt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutet.
Zum Herstellen von Formteilen wird eine metallische Dauerform, hier eine Kokille aus Grauguss oder Warmarbeitsstählen bereitgestellt. In die Kokille werden Sandkerne, eventuell mittels Kerneinlegemaschinen, eingebracht. Anschließend wird die Innenseite der Kokille mittels eines Trennmittels beschichtet.
Hierbei ist es durchaus denkbar, dass die Kokille aus mehreren einzelnen Kokillenteilen besteht, die gemeinsam die Kokille bilden und wobei die Kokillenteile einzeln mittels der Druckluftpistole mit Trennmittel beschichtet werden.
Die Beschichtung erfolgt mit einer Suspension als Trennmittel, welche aus einem Trägermittel und festen Bestandteilen zusammengesetzt ist. Hierbei umfasst das Trägermittel ein Wachs und die festen Bestandteile des Trennmittels umfassen Bornitridteilchen mit einer Größe von < 1 μm. Das Trägermittel ist eine Emulsion und weist einen Wasseranteil von etwa 90% auf.
Das Trennmittel wird maschinell mittels einer Druckluftpistole in die Kokille eingespritzt. Die Beschichtung der Kokille erfolgt gleichmäßig, so dass alle Innenbereiche der Kokille mittels Trennmittel beschichtet sind.
Vor der Beschichtung der Innenseite der Kokille mittels Trennmittel wird die Kokille auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt.
Anschließend erfolgt eine Befüllung der Kokille. Die Befüllung der Kokille mittels Gussmaterial erfolgt unter Atmosphärendruck durch die auf das Gussmaterial wirkende Schwerkraft. Dabei läuft dieser Gussvorgang auf teil- oder vollautomatisierten Gießmaschinen ab.
Das aufgebrachte Trennmittel bietet eine Schutzschicht zwischen der Kokille und dem eingefüllten Gussmaterial. Das Gussmaterial haftet nicht an der Innenseite der Kokille an, und das Trennmittel wird auf Grund seiner guten Hafteigenschaften nicht durch die Strömungsgeschwindigkeit des Gussmaterial beim Eingießen abgelöst.
Anschließend erfolgt eine Abkühlung und Erstarrung des Gussmaterials in der Kokille. Hierbei ist es für eine schnelle Abkühlung denkbar, dass der Abguss gezielt und gerichtet abgekühlt wird.
Im nächsten Arbeitsschritt wird das in der Kokille entstandene Gussteil aus der Kokille herausgenommen.
Je nach Bedarf kann die Kokille nun nochmals mit Gussmaterial befüllt werden, oder zunächst die Innenseite der Kokille vom Trennmaterial gereinigt werden.
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht, dass das Herstellen von Formteilen mittels Schwerkraft-Kokillenguss vollständig automatisiert erfolgen kann. Allerdings ist es hier auch durchaus denkbar, dass einzelne Schritte manuell vorgenommen werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Formteils mittels Schwerkraft-Kokillenguss, wobei eine Kokille mit Gussmaterial befüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor Befüllen der Kokille mit Gussmaterial ein Innenbereich der Kokille mit einem Trennmittel beschichtet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel auf den Innenbereich der Kokille aufgedampft wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennmittel eine Suspension verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennmittel eine ein Öl als Trägermittel und/oder Wachs als Trägermittel umfassende Suspension verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass. als Trägermittel ein wasserenthaltendes Trägermittel verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennmittel eine Graphit-Suspension, und/oder eine Bornitrid-Suspension verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Suspension mit einer Teilchengröße von kleiner als 1 μm verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich der Kokille maschinell mit dem Trennmittel beschichtet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beschichten des Innenbereichs der Kokille mit einem Trennmittel eine Druckluftspritzpistole verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennmittel mit einer Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von 0,4 W/(m·K) bis 0,8 W/(m·K) verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille nach der Beschichtung erhitzt wird, vorzugsweise gleichmäßig erhitzt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Formteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einmal mittels Trennmittel beschichtete Kokille zum Gießen von mehreren Abgussen verwendet wird.