DE10256834A1

DE10256834A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung großflächiger Werkstücke im Druckgießverfahren

Info

Publication number: DE10256834A1
Application number: DE2002156834
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Lutze
Original assignee: DRM Druckguss GmbH
Current assignee: AE GROUP AG, 36214 NENTERSHAUSEN, DE
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-07-08

Abstract

Die Herstellung großflächiger Werkstücke (1) im Druckgießverfahren, bei dem in eine Gießform (12) flüssiges Metall mittels einer Gießzylinderanordnung gedrückt wird, gelingt mit niedrigen Gießdrücken in einem einzigen Gießvorgang dadurch, dass eine Mehrzahl von Gießzylindern (6) über die Fläche des Werkstücks (1) verteilt angeordnet werden, dass mit den mehreren Gießzylindern (6) flüssiges Metall über mehrere Angüsse in die Gießform (12) gedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung großflächiger Werkstücke im Druckgießverfahren, bei dem in eine Gießform flüssiges Metall mittels einer Gießzylinderanordnung gedrückt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung großflächiger Werkstücke mit einer aus wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Formteilen gebildeten schließbaren, einen Hohlraum in Form des Werkstücks ausbildenden Gießform und einer Gießzylinderanordnung zum Drücken von flüssigem Metall in die Gießform.
Die Herstellung großflächiger gegossener Werkstücke wie beispielsweise eine Seitenstruktur oder eine Chassisstruktur eines Kraftfahrzeugs, würde für eine Herstellung als ein einziges Teil derart große Sprengkräfte erzeugen, dass riesige und extrem teure Druckgussmaschinen erforderlich wären, wie sie in dieser Größe noch nicht auf dem Markt waren.
In der Praxis werden daher großflächige gegossene Werkstücke in mehreren Teilen hergestellt und durch Schweißen miteinander verbunden. Wenn beispielsweise eine derartige großflächige Struktur in sechs Teilen hergestellt wird, werden sechs Druckgießvorgänge benötigt. Die so hergestellten Teile müssen bearbeitet und dann zu der großflächigen Struktur miteinander verbunden werden. Diese Art der Herstellung ist zwar aufwendig, jedoch immer noch deutlich günstiger als die Herstellung einer überdimensionalen Druckgießmaschine, mit der eine derartige großflächige Struktur in einem Gießvorgang herstellbar wäre.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, die Herstellung großflächiger Werkstücke in einfacherer und weniger aufwendiger Weise zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Gießzylindern über die Fläche des Werkstücks verteilt angeordnet werden, dass mit den mehreren Gießzylindern flüssiges Metall über mehrere Angüsse in die Gießform gedrückt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Herstellung großflächiger Werkstücke in einem einzigen Gießvorgang, ohne hierfür die in früherer Technik benötigten riesigen Drücke aufbringen zu müssen, sodass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellung großflächiger Werkstücke in einem einzigen Gießvorgang mit einer normal dimensionierten Druckgußmaschine oder einer entsprechenden Vorrichtung möglich ist. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Gießzylinder können nämlich mit einem Gießdruck betrieben werden, der zwischen den Drücken für ein Niederdruck-Kokillengußverfahren und dem eigentlichen Druckgießverfahren liegt, vorzugsweise zwischen 50 und 400 bar. Wegen der geringen aufzubringenden Drücke kann daher die erfindungsgemäße Vorrichtung in üblichen Dimensionen gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Betätigung der Gießzylinder durch eine Steuerungseinrichtung synchronisiert so, dass gewünschte Teilfüllungen der Gießform mittels der jeweiligen Gießzylinder gleichzeitig entstehen. Im Übrigen werden die Gießzylinder vorzugsweise individuell im Gießvorgang gesteuert bzw. geregelt, beispielsweise bezüglich der Temperaturen, des Gießdrucks, der Gießdauer usw.
Zweckmäßigerweise werden die Gießzylinder so über die Fläche des Werkstücks verteilt angeordnet, dass mit allen Gießzylindern etwa eine gleiche Metallmenge in die Gießform gedrückt wird. Diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens trägt dazu bei, ein Werkstück einheitlicher Qualität zu erstellen.
Es kann zweckmäßig sein, an den Stellen der Gießform, an denen Metallmassen von verschiedenen Gießzylindern aufeinander stoßen, Überläufe vorzusehen, um die Ausbildung von etwaigen Grenzflächen durch aufeinander stoßende Materialfronten und einen etwaigen Einschluss von Luft sicher zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, die durch die mehreren Gießzylinder erstellten Teilgießmassen so homogen zu verbinden, dass die Übergangsbereiche bezüglich der Qualität des Werkstücks keine Nachteile aufweisen. Es ist lediglich die Entfernung des in den Überlauf eingedrungenen überschüssigen Materials erforderlich, also eine Nachbearbeitung des Werkstücks, wie sie bei Gusswerkstücken üblich ist.
Ausgehend von der oben erwähnten Problemstellung ist ferner eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Gießzylinderanordnung aus einer Anzahl von über die Fläche des Hohlraums der Gießform verteilt angeordneten Gießzylindern besteht, die mit Gießläufen der Gießform verbunden sind, dass eine Steuerung zur aufeinander abgestimmten Betätigung der Gießzylinder vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung ist vorzugsweise eine Vertikal-Gießmaschine, bei der die Gießzylinder somit vertikal ausgerichtet sind und sich auch die aus einem Formoberteil und einem Formunterteil gebildete Gießform in vertikaler Richtung öffnen und schließen lässt.
Die Formteile der Gießform sind vorzugsweise aus mehreren Segmenten gebildet, da die Herstellung eines einzigen großflächigen Werkzeugs mit üblichen Werkzeugmaschinen nicht möglich wäre.
Bevorzugt ist das Formunterteil stationär und das Formoberteil vertikal verfahrbar angeordnet, sodass die Gießzylinder mit dem stationären Formunterteil verbunden werden.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines herzustellenden großflächigen Werkstücks und einer Verteilung von Gießzylindern über die Fläche des Werkstücks
2 eine schematische Anordnung der Gießzylinder relativ zu einem stationären Formunterteil und einem vertikal bewegbaren Formoberteil
3 eine schematische Darstellung einer vollständigen Gießform und eines Schließmechanismus
4 eine prinzipielle Darstellung einer Klinkenverriegelung zwischen Formoberteil und Formunterteil.
1 lässt ein großflächiges Werkstück 1 erkennen, das beispielsweise eine Seitenstruktur eines Fahrzeugs sein kann. Das Werkstücks 1 weist mehrere größere Ausnehmungen 2 auf, die beispielsweise Tür- und Fensterausschnitte sein können. Dazwischen befinden sich Säulen 3, die eine umlaufende Rahmenstruktur 4 ergänzen.
Unterhalb des Werkstücks 1 sind fünf Gießsysteme 5 mit jeweils einem Gießzylinder 6 und einem treibenden Hydraulikzylinder 7 angeordnet. Die Gießzylinder 6 weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in ihrer werkstücknahen Stirnseite 8 drei Öffnungen für somit drei Gießläufe 9 auf. Durch die Gießsysteme 5 wird das für das Werkstück 1 benötigte flüssige Metall, vorzugsweise Aluminium, an unterschiedlichen Stellen zugeführt.
2 verdeutlicht den technischen Vorgang. Die Gießzylinder 6 sind mit einem stationären Formunterteil 10 einer Gießform verbunden. Ein vertikal verfahrbares Formoberteil 11 komplettiert die Gießform 12.
Formunterteil 10 und Formoberteil 11 bestehen aus mehreren Formsegmenten 13, die in bekannter Technik zu dem Formoberteil 11 bzw. Formunterteil 10 zusammengefasst werden.
Das Formunterteil 10 weit in 2 einen Hohlraum 14 auf, der der Negativform des Werkstücks 1 entspricht. Die Füllung des Hohlraums 14 erfolgt durch die - im dargestellten Ausführungsbeispiel fünf – Gießsysteme 5, deren Gießzylinder 6 mit der nötigen Menge an flüssigem Metall gefüllt worden sind und dieses Metall gleichzeitig von verschiedenen, vorher ausgewählten Positionen aus in den Hohlraum 14 der Gießform 12 drücken. Dabei entstehen naturgemäß Materialfronten. An den Stellen, an denen Materialfronten unterschiedlicher Gießsysteme 5 aneinanderstoßen, ist ein (nicht dargestellter) Überlauf vorgesehen, um auch in diesen Übergangsbereichen eine einheitliche Gußqualität zu ermöglichen.
Die Gießsysteme 5 sind so eingerichtet, dass das Eindrücken des flüssigen Metalls in den Hohlraum 14 der Gießform 12 mit einem Druck erfolgt, der unterhalb des Druckes üblicher Druckgussmaschinen (regelmäßig 600 bis 800 bar) liegt. Bevorzugte Gießdrücke für das erfindungsgemäße Verfahren liegen zwischen 50 und unter 400 bar, wobei die Obergrenze von 400 bar dem niedrigsten Druck entspricht, der bei herkömmlichen Druckgussmaschinen verwendet worden ist.
3 verdeutlicht, dass das Formunterteil 10 auf einer stationären Grundplatte 15 einer Gießmaschine angeordnet ist, während das (in 3 nicht sichtbare) Formoberteil 11 mit einer Deckplatte 15' verbunden ist. Die Deckplatte 15' ist mittels vier Verschiebeeinheiten 16 in vertikaler Richtung verfahrbar, dient also zum Schließen bzw. Öffnen der Gießform 12.
4 verdeutlicht noch, dass im geschlossenen Zustand Formoberteil 11 und Formunterteil 10 mittels einer Klinkenverriegelung 17 miteinander verriegelt sein können, um ein sicheres Schließen der Form 12 während des Druckgießens zu gewährleisten und so die Verschiebeeinheiten 16 während des Druckgießvorgangs zu entlasten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht sämtliche Varianten des Druckgießens, beispielsweise auch das Einlegen und Umgießen von Profilen, Verstärkungsteilen usw.
Da ein einheitlich hergestelltes Werkstück 1 entsteht, kann dieses ohne Probleme mit allen Dehnungs- und Festigkeitseigenschaften hergestellt werden und ist für Wärmebehandlungen geeignet, da das Werkstück 1 ohne Gaseinschlüsse herstellbar ist. Hierdurch ist auch eine Eignung zum Schmelzschweißen gegeben.
Die nunmehr mit vertretbarem Aufwand mögliche einstückige Herstellung großflächiger Gusswerkstücke 1 macht Montagearbeiten zum Verschweißen einzelner Werkstückteile miteinander überflüssig, wodurch erhebliche Fertigungsvorteile für ein mit den Werkstücken 1 produziertes Produkt erzielt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung großflächiger Werkstücke (1) im Druckgießverfahren, bei dem in eine Gießform (12) flüssiges Metall mittels einer Gießzylinderanordnung gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Gießzylindern (6) über die Fläche des Werkstücks (1) verteilt angeordnet werden, dass mit den mehreren Gießzylindern (6) flüssiges Metall über mehrere Angüsse in die Gießform (12) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Gießzylindern (6) ausgeübten Drücke zwischen 50 und 400 bar liegen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Gießzylinder (6) durch eine Steuerungseinrichtung synchronisiert so erfolgt, dass gewünschte Teilfüllungen der Gießform (12) mittels der jeweiligen Gießzylinder (6) gleichzeitig entstehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießzylinder (6) so über die Fläche des Werkstücks (1) verteilt angeordnet werden, dass mit allen Gießzylindern (6) etwa eine gleiche Metallmenge in die Gießform (12) gedrückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stellen der Gießform (12) an denen Metallmassen von verschiedenen Gießzylindern (6) aufeinander stoßen, Überläufe vorgesehen werden.
Vorrichtung zur Herstellung großflächiger Werkstücke (1) mit einer aus wenigstens zwei relativ zueinander beweglichen Formteilen (10, 11) gebildeten schließbaren, einen Hohlraum (14) in Form des Werkstücks (1) ausbildenden Gießform (12) und einer Gießzylinderanordnung zum Drücken von flüssigem Metall in die Gießform (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Gießzylinderanordnung aus einer Mehrzahl von über die Fläche des Hohlraums (14) der Gießform (12) verteilt angeordneten Gießzylindern (6) besteht, die mit Gießläufen der Gießform (12) verbunden sind, dass eine Steuerung zur aufeinander abgestimmten Betätigung der Gießzylinder (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießzylinder (6) vertikal ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (10, 11) der Gießform (12) aus mehreren Segmenten (13) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (12) aus einem Formunterteil (10) und einem Formoberteil (11) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Formunterteil (10) stationär und das Formoberteil (11) vertikal verfahrbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, gekennzeichnet durch eine solche Verteilung der Gießzylinder (6) über die Fläche des Hohlraums (14) der Gießform (12), dass über alle Gießzylinder (6) eine etwa gleiche Materialmenge zur Füllung der Gießform (12) drückbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform (12) an den Stellen, an denen Metallmassen von verschiedenen Gießzylindern (6) aufeinander stoßen, mit Überläufen ausgebildet ist.