DE10312772A1

DE10312772A1 - Verarbeitung metallischer Legierungen in einem Druckgieß- oder Spritzgießverfahren

Info

Publication number: DE10312772A1
Application number: DE2003112772
Authority: DE
Inventors: Georg Menges
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-23
Filing date: 2003-03-23
Publication date: 2004-11-11

Abstract

Das Verfahren betrifft eine Vorrichtung oder einen Adpater, der zwischen Maschine und Werkzeugkavität angeordnet ist. Dieser Adapter enthält bzw. Einbau im Werkzeug besteht aus einer Kühlstrecke, die gegebenenfalls Anordnungen enthält, um hohe Schergeschwindigkeiten zu erzeugen. Die Kühlstrecke hat erfindungsgemäß die Absenkung der Schmelzetemperatur auf Werte, bei denen ca. 50 Vol.-% Feststoff ausgeschieden wird, zu bewirken. Die Einbauten sollen dazu dienen, die hohen Schergeschwindigkeiten von > 10·6· s·-1· zu erzeugen, damit die Mischkristalle in globularer Form gebildet werden. Dank diesem Gefüge wird eine höhere Schlagzähigkeit der Formteile bewirkt.

Description

Durch die Entdeckung der besonderen Fließfähigkeiten von Schmelzen von Metall-Legierungen, die noch Mischkristalle enthalten, durch Spencer und Flemming 1972 (1) hat das Giessen von Formteilen aus Metall-Legierungen, bevorzugt aus Leichtmetallen, wie Aluminium, und Magnesium einen großen Fortschritt erfahren, welcher mit den Begriffen für diese Technologien als RHEOCASTING und THIXOMOULDING gekennzeichnet ist. Hierdurch hat sich die Qualität der Formteile hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit, Porenfreiheit, Schwimmhautbildung und Schlagzähigkeit bedeutend verbessert. Weltweit sind umfangreiche, wissenschaftliche und praktische Arbeiten durchgeführt worden, welche die Möglichkeiten und Grenzen der Verfahren heute sehr genau beschreiben.
Während das RHEOCASTING für Aluminium-Legierungen bereits eine weite Verbreitung gefunden hat, ist das THIXOMOLDING bisher nur begrenzt für Gehäuse von elektrischen und optisch-elektronischen Geräten aus Magnesium-Legierungen in jüngerer Zeit verschiedentlich eingesetzt geworden. Sein Nachteil ist vor allem die Notwendigkeit ein teureres, speziell vorbehandeltes Vormaterial benutzen zu müssen, welches dann noch durch eine mechanische Behandlung zu Spänen umgeformt werden muss. Auch zu recyclierender Abfall muss erneut dieser Behandlung unterzogen werden. Hinzu kommt der erhebliche Verschleiß an den Schnecken der Plastifizieraggregate und der Werkzeuge. Hierdurch wird das THIXOMOLDING gegenüber dem Druckgießen erheblich verteuert.
Diesen Nachteil beseitigt nun allerdings das NEW RHEOCASTING (NRC) (2), wodurch das THIXOMOLDING noch mehr in Bedrängnis gekommen ist.
Überraschendennieise hat sich nun bei eigenen Studien gezeigt, dass auch das THIXOMOLDING durch eine Kombination mit dem Druckgießen erheblich verbilligt werden kann, wenn man von einer nur leicht überhitzten oder etwas unterkühlten Schmelze ausgeht.

Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, dass Schmelzen, wenn sie mit Temperaturen, die etwa einem Feststoffgehalt von 50 Vol.% entsprechen, mit sehr hohen Geschwindigkeiten (mittleren Schergeschwindigkeiten) mehr als 10⁶ s^–1 durch enge Spalten gedrückt und dann schnell abgekühlt werden, mit einer globularen Struktur erstarren. Hierdurch wird das zähe Bruchverhalten, gekennzeichnet durch Bruchdehnungen von 6 bis 12 %, bewirkt.

Das konventionelle Druckgieß- oder THIXOMOLDING-Werkzeug muss, um diese Effekte zu erzeugen, durch einen Vorsatz (Adapter) ergänzt oder mit einem Einbau versehen werden. Erfindungsgemäß enthält dieser zumindest eine Kühlstrecke, welche die Schmelze beim Durchfliessen auf die für 50 Vol.% Feststoffgehalt in der Schmelze notwendige Temperatur herunterkühlt und gleichzeitig bzw. gegebenenfalls in einer Verengung anschließend die hohe Schergeschwindigkeit von > 10⁶ s^–1 erzeugt. Unmittelbar danach muss die Schmelze in das temperierte Werkzeug weitergeleitet werden, wo sie die Kavitäten ausfüllt und schnell erstarren soll. Es kann auch sinnvoll sein, in den Vorsatz bzw. die Einbauten am Eingang in das Werkzeug bewegliche Elemente einzubringen, welche die eintretende Schmelze zusätzlich bewegen.

Durch diese Behandlungen wird die durchfließende oder noch stehende Schmelze dazu angeregt, statt der üblicherweise sich ausbildenden dentritischen Struktur Globulen zu bilden. Dies sind in dem letztendlich gebildeten Gefüge der Formteile für die größere Zähigkeit gegenüber der dentritischen Struktur von normal druckgegossenen Teilen verantwortlich.

Dem recht einfachen Zusatz zum Werkzeug bzw. Ergänzung der Maschinendüse ist es dann zu verdanken, dass normale, handelsübliche Legierungen ohne jede verteuernde Sonderbehandlung eingesetzt werden können und ebenso entstandener Schrott direkt wieder verwendet werden kann. Das Verfahren wird damit zum normalen Druckguss und erst recht dem RHEOCASTING gegenüber konkurrenzfähig.

Literatur

1. Spencer D.B., Merabian R und Flemmings MC. Metal Trans. 3, 1925–1932.
2. H. Kaufmann P.J., Uggowitzer: New Rheocasting (NRC); Verfahren von Mg-Legierungen (Magnesium Taschenbuch, Aluminium Verlag, Sept. 2000), 525–533.

Claims

i. Verfahren zur Erzeugung von zähen Formteilen aus Leichtmetall-Legierungen in einem Druckgieß- bzw. Spritzgießverfahren dadurch besonders gekennzeichnet, dass in einer vor oder im Werkzeug vorhandenen Vorrichtung (Adapter) oder Einbau im Werkzeug die Schmelze auf eine Temperatur gekühlt wird, bei der sich zwischen 30 und 65 Vol % Feststoff bilden und gleichzeitig oder anschließend mittlere Schwergeschwindigkeiten von > 10⁶ s^–1 erzeugt werden.
Vorrichtung zur Erzeugung der nach Anspruch 1 erforderlichen Bedingungen dadurch besonders gekennzeichnet, dass die Kühlstrecke durch einen Hohlkegel gebildet wird, in dem der Wandabstand < 1 mm beträgt, dessen Länge durch die Erfüllung der Kühlbedingungen zum Erreichen von 30 bis 65 Vol % Feststoff in der Schmelze bestimmt wird und der durch eine Schwelle mit einer Spaltweite von < 0,5 mm abgeschlossen wird.
Vorrichtung zur Erzeugung der nach Anspruch 1 erforderlichen Bedingungen dadurch besonders gekennzeichnet, dass die Kühlstrecke durch einen rechteckigen Schlitzkanal gebildet wird, dessen Länge durch die Erfüllung der Kühlbedingungen zum Erreichen von 30 bis 65 Vol % Feststoff in der Schmelze bestimmt wird und in dem die Wanddicke < 1 mm ist und der durch eine Schwelle mit einer Spaltweite von < 0,5 mm abgeschlossen wird.
Vorrichtung zur Erzeugung der nach Anspruch 1 erforderlichen Bedingungen dadurch besonders gekennzeichnet, dass der in Anspruch 3 genannte Schlitzkanal zu einer Wendel geformt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch besonders gekennzeichnet, dass in der Kühlstrecke bewegliche Teile vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5 dadurch besonders gekennzeichnet, dass sie nur die Kühlstrecke enthält.