DE102009015984A1

DE102009015984A1 - Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns für Metallgussverfahren

Info

Publication number: DE102009015984A1
Application number: DE200910015984
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing.(FH) Scheydecker
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2010-10-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns (10) für Metallgussverfahren zur Erzeugung eines Formhohlraums in einem Metallgussteil. Dabei wird der Salzkern (10) in einem Druckgussverfahren aus einer Salzschmelze (3) hergestellt, die in eine Druckgussform gedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns für Metallgussverfahren zur Erzeugung eines Formhohlraums in einem Metallgussteil.
Unter einem Metallgussverfahren wird ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gegenstandes verstanden, bei dem geschmolzenes Metall in reiner Form oder als Legierung in eine Gussform vergossen wird, die nach dem Erkalten des Metalls entfernt wird.
Unter einem Metallgussteil wird ein metallischer Gegenstand verstanden, der mittels eines Metallgussverfahrens hergestellt wird.
Um Metallgussteile mit Hohlräumen herzustellen, werden häufig so genannte Sand- oder Salzkerne verwendet. Dies sind aus Sand oder Salz in Form der jeweiligen Hohlräume gefertigte Formkerne, die vor, während oder nach dem Vergießen des Metalls innerhalb der Gussform angeordnet und nach dem Erkalten des Metalls aus dem Metallgussteil entfernt werden. Insbesondere bei Druckgussverfahren, bei denen das geschmolzene Metall in die Gussform gedrückt, d. h. unter Druck in die Gussform vergossen wird, müssen die Formkerne druckfest sein. Andererseits sollen sie nach dem Erkalten des Metalls dennoch leicht zu entfernen sein. Außerdem darf das einen Formkern umgebende Metall nicht in den Formkern eindringen.
Aus der DE 10 2004 006 600 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines wasserlöslichen Salzkerns für die Erzeugung eines Formhohlraums in einem durch ein Gießverfahren geformten Gegenstand bekannt. Dabei wird zuerst Salz mit einem Binder vermischt und anschließend das gemischte Salz zur Bildung eines Salzkerns in ein Formwerkzeug eingefüllt. Abschließend wird der Salzkern unter Druck und/oder erhöhter Temperatur verdichtet. Der Binder ist phosphathaltig und sein Gewichtsanteil an der Mischung liegt zwischen 0,5 Prozent und 5 Prozent.
Ferner ist aus der DE 10 2004 006 600 B4 ein wasserlöslicher Salzkern bekannt, der durch Verdichten einer Mischung aus wasserlöslichen Salzen und eines Binders unter Druck und anschließender Wärmebehandlung hergestellt wird, wobei der Binder ein Phosphat oder eine Mischung anorganischer Phosphate mit einem Anteil von zwischen 0,5 Prozent und 5 Prozent der Mischung ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Salzkernes für Metallgussverfahren anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns für Metallgussverfahren zur Erzeugung eines Formhohlraums in einem Metallgussteil wird der Salzkern in einem Druckgussverfahren aus einer Salzschmelze hergestellt, die in eine Druckgussform gedrückt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von bekannten Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns für Metallgussverfahren dadurch, dass der Salzkern selbst in einem Druckgussverfahren hergestellt wird. Das Druckgussverfahren ermöglicht insbesondere die Herstellung von Salzkernen mit für Metallgussverfahren ausreichender Druckfestigkeit und mit komplexer geometrischer Struktur. Dabei wird die Formung komplexer geometrischer Strukturen durch das Vergießen der Salzschmelze möglich und die Druckfestigkeit wird durch das Vergießen unter Druck erreicht. Das Druckgussverfahren ermöglicht ferner eine wesentlich wirtschaftlichere Herstellung von Salzkernen als bekannte Verfahren. Die im Druckgussverfahren hergestellten Salzkerne sind außerdem aus Metallgussteilen in einfacher Weise durch reaktive Auswaschung herauslösbar, wobei die dabei entstehenden Lösungen vollständig recyclingfähig und ungiftig sind.
Dadurch wird insbesondere eine kostengünstige Herstellung von druckfesten Salzkernen mit komplexer geometrischer Struktur möglich. Bekannte Verfahren zur Herstellung von Salzkernen erlauben es dagegen entweder gar nicht, Salzkerne mit für Metallgussverfahren ausreichender Druckfestigkeit oder mit komplexer geometrischer Struktur herzustellen, oder sie sind sehr kostenintensiv und daher für eine großtechnische Herstellung derartiger Salzkerne ungeeignet. Bekannte Salzkernschießverfahren erlauben beispielsweise nicht die Herstellung von Salzkernen mit für Metalldruckgussverfahren ausreichender Druckfestigkeit. Bekannte Trockenpressverfahren, bei denen ein Salzkern unter Druck verdichtet wird, nachdem das Salz in eine Form gefüllt wurde, erlauben zwar die Herstellung ausreichend druckfester Salzkerne, sie sind jedoch ineffektiv und für komplexe Geometrien ungeeignet. Ohne Druckunterstützung vergossene Salzkerne sind nur dickwandig herstellbar. Dadurch wird einerseits ihr Verwendungsbereich eingeschränkt, andererseits sind sie vergleichsweise schwierig aus dem Metallgussteil lösbar, wodurch nicht druckunterstützte Gussverfahren zur Herstellung von Salzkernen wenig effektiv sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
Dabei zeigen:
1 eine Druckgießmaschine beim Befüllen einer Gießkammer mit Salzschmelze,
2 eine Druckgießmaschine nach einem Vergießen von Salzschmelze in eine Druckgussform, und
3 eine Druckgießmaschine nach einem Entfernen einer Druckgussform von einem Salzkern.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine Druckgießmaschine 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Befüllen einer Gießkammer 2 mit Salzschmelze 3.
Die Druckgießmaschine 1 ist als eine so genannte Kaltkammergießmaschine ausgeführt, die im Prinzip aus dem Metalldruckgießen bekannt ist. Sie weist die Gießkammer 2, einen Gießkolben 4 und zwei Gussformhalter 5, 6 auf.
Der Gießkolben 4 ist in der Gießkammer 2 angeordnet und in dieser verschiebbar. Der Querschnitt des Gießkolbens 4 korrespondiert zu dem Querschnitt der Gießkammer 2.
An den Gussformhaltern 5, 6 sind zwei Formhälften 7, 8 angeordnet, die zu einer Druckgussform zusammensetzbar sind, welche in ihrem Inneren einen Hohlraum zur Aufnahme der Salzschmelze 3 aufweist. Dabei ist eine erste Formhälfte 7 an einem ersten Gussformhalter 5 angeordnet, die zweite Formhälfte 8 ist an dem zweiten Gussformhalter 6 angeordnet, wobei die Innenseiten der beiden Formhälften 7, 8 einander zugewandt sind. Der zweite Gussformhalter 6 ist in einer x-Richtung entlang von die beiden Gussformhalter 5, 6 verbindenden Führungselementen 9 verschiebbar, so dass die beiden Formhälften 7, 8 durch Heranschieben des zweiten Gussformhalters 6 an den ersten Gussformhalter 5 zusammenführbar sind, bis sie die geschlossene Druckgussform bilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Gießkammer 2 mit Salzschmelze 3 befüllt. Danach wird Salzschmelze 3 durch Verschieben des Gießkolbens 4 aus der Gießkammer 2 in die von den Formhälften 7, 8 gebildete Druckgussform gedrückt. Nach Erkalten der Salzschmelze 3 in der Druckgussform werden die Formhälften 7, 8 durch Verschieben des zweiten Gussformhalters 6 voneinander getrennt und der Druckgießmaschine 1 ein Salzkern 10 entnommen, der aus erkalteter Salzschmelze 3 besteht.
Die Salzschmelze 3 besteht vorzugsweise aus Natriumchlorid, Kaliumchlorid und/oder Kaliumcarbonat.
2 zeigt die Druckgießmaschine 1 aus 1 nach einem Vergießen von Salzschmelze 3 in die Druckgussform, 3 zeigt sie nach dem Trennen der Formhälften 7, 8 und der Entnahme des Salzkerns 10 aus der Druckgussform.
In einer besonders bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei vor dem Befüllen der Gießkammer 2 mit Salzschmelze 3 ein Schmiermittel auf sämtliche Oberflächenbereiche der Druckgussform und der Druckgießmaschine 1 aufgebracht, die während des Verfahrens der Salzschmelze 3 ausgesetzt werden. Diese Oberflächenbereiche sind diejenigen Oberflächenbereiche der Formhälften 7, 8, die Wände des Hohlraumes der Druckgussform bilden, die Innenwände der Gießkammer 2 und die Innenwände von Kanälen, durch die die Salzschmelze 3 beim Befüllen der Gießkammer 2 geleitet wird, sowie der gießkammerseitige Oberflächenbereich des Gießkolbens 4.
Das Schmiermittel ist vorzugsweise ein Pulver, das wenigstens ein Metallbromid, beispielsweise Titanbromid, und/oder Graphit enthält.
Das Aufbringen des Schmiermittels auf der Salzschmelze ausgesetzte Oberflächen der Druckgussform und der Druckgießmaschine 1 hat den Vorteil, dass am Ende des Verfahrens der Salzkern 10 leicht der Druckgussform entnommen und Rückstände der Salzschmelze 3 leicht aus der Druckgussform und der Druckgießmaschine 1 entfernt werden können. Metallbromide und Graphit eignen sich in besonderem Maße als Inhaltsstoffe solcher Schmiermittel, da sie mit der Salzschmelze 3 nicht oder nur sehr eingeschränkt chemisch reagieren.
Der Druck, mit dem die Salzschmelze 3 mittels des Gießkolbens 4 in die Druckgussform gedrückt wird, wird den Anforderungen an den herzustellenden Salzkern 10, insbesondere den Anforderungen an seine Druckfestigkeit, angepasst.
Statt des oben beschriebenen Kaltkammer-Druckgussverfahrens kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel auch ein Warmkammer-Druckgussverfahren zur Herstellung eines Salzkerns 10 verwendet werden, das bekannten Warmkammer-Druckgussverfahren zur Herstellung von Metallgussteilen entspricht.
Der Salzkern 10 wird zur Fertigung eines Formhohlraumes in einem Metallgussteil, beispielsweise einem Nichteisenmetallgussteil, mittels eines Metallgussverfahrens, insbesondere eines Druckgussverfahrens, verwendet. Dazu wird der Salzkern 10 in einer Gussform angeordnet, die mit einer Metallschmelze vergossen wird. Nach dem Erkalten der Metallschmelze wird der Salzkern aus dem Metallgussteil herausgelöst, indem das Salz in einer Flüssigkeit gelöst und ausgewaschen wird. Bevorzugt enthält die Flüssigkeit eine schwache Säure, im Falle eines Salzkerns aus Kaliumcarbonat beispielsweise Essig- oder Zitronensäure, durch die das Kaliumcarbonat unter Freisetzung von Kohlenstoffdioxid zersetzt wird. Dies hat den Vorteil, dass Mischzonen aus Metall und Salz, die sich an den Grenzflächen zwischen dem Salzkern 10 und an ihn angrenzenden Oberflächen des Metallgussteils bilden, durch die schwach saure Lösung abgebeizt und beim Auswaschen des Salzkerns 10 aus dem Metallgussteil entfernt werden.

1: Druckgießmaschine
2: Gießkammer
3: Salzschmelze
4: Gießkolben
5: erster Gussformhalter
6: zweiter Gussformhalter
7: erste Formhälfte
8: zweite Formhälfte
9: Führungselement
10: Salzkern
x: Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004006600 B4 [0005, 0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns (10) für Metallgussverfahren zur Erzeugung eines Formhohlraums in einem Metallgussteil, dadurch gekennzeichnet, dass der Salzkern (10) in einem Druckgussverfahren aus einer Salzschmelze (3) hergestellt wird, die in eine Druckgussform gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einen Oberflächenbereich der Druckgussform, der der Salzschmelze (3) ausgesetzt wird, ein Schmiermittel aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzschmelze (3) mittels einer Druckgießmaschine (1) in die Druckgussform gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einen Oberflächenbereich der Druckgießmaschine (1), der der Salzschmelze (3) ausgesetzt wird, ein Schmiermittel aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel ein Pulver ist, das wenigstens ein Metallbromid und/oder Graphit enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzschmelze (3) zumindest aus Natriumchlorid und/oder Kaliumchlorid und/oder Kaliumcarbonat besteht.