EP0867247A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verbundgussteilen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verbundgussteilen Download PDF

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EP0867247A1
EP0867247A1 EP98890059A EP98890059A EP0867247A1 EP 0867247 A1 EP0867247 A1 EP 0867247A1 EP 98890059 A EP98890059 A EP 98890059A EP 98890059 A EP98890059 A EP 98890059A EP 0867247 A1 EP0867247 A1 EP 0867247A1
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EP
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insert
mold
projection
support surface
tip
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EP98890059A
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Gerhard Ing. Mühlberger
Viktor Dipl.-Ing. Polasek
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TCG Unitech AG
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UNITECH Aktiengesellschsft
TCG Unitech AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing hybrid parts, in which an insert part of metal is inserted into a mold consisting of at least two mold halves, and after closing the mold halves is held in a precisely determined position, whereupon liquid metal is poured into the mold, and the position of the insert through Two opposing support surfaces are defined, which are in different mold halves are formed.
  • inserts are often fiber-reinforced.
  • the insert which is in one first process step is prefabricated, inserted into the mold and from the actual casting material cast around.
  • Such a method allows the production of hybrid parts from different Materials, each with optimized and coordinated properties.
  • workpieces can be made from a magnesium alloy exist and have an insert made of a different material. Therefore it enables such a process, a workpiece at highly stressed areas with fiber reinforcement to be provided, while parts with lower loads are not reinforced for cost reasons are.
  • DE 39 32 562 A relates to a device for producing light metal pistons for Internal combustion engines.
  • An insert is provided between a mold half and a salt core is arranged.
  • To prevent the salt core from floating, is supported on the opposite half of the mold with pin-like approaches. A play-free storage of salt core and insert is difficult with this device reachable.
  • DE 40 17 955 A and DE 41 32 091 A also describe processes for the production of Cast workpieces made of different materials.
  • EP 0 356 768 A and DE 36 20 510 A describe processes for the production known from castings, which are partially fiber-reinforced.
  • the object of the present invention is to provide a method in which an accurate and secure positioning of inserts is guaranteed even if certain tolerances occur in the dimensions of the mold or insert.
  • this is achieved in that at least one with a support surface protrudes a tip provided, and that with closed mold halves, the distance the tip of the projection to the opposite support surface is smaller than the minimum Extension of the insert in this direction and that the distance between the two support surfaces is greater than the corresponding maximum extent of the insert in this direction.
  • the material of the tip of the projection is significantly harder than that of the insert.
  • the method according to the invention is fundamentally suitable for all casting methods which are associated with work two or more mold halves, at least one of which is movable, such as that Diecast.
  • the invention is particularly suitable for the so-called SC (shot control) processes, in which the piston stroke is controlled during the casting process.
  • the shape of the support surfaces basically depends on the shape of the workpiece to be manufactured. Is it the insert, for example around a ring, at least three tips are required. In those described here Examples are based on parallel support surfaces, but not absolutely must be the case.
  • the inventive method ensures that the Insert in a mold half rests securely on a support surface, creating a precisely defined one Position of the insert is reached. The tip presses against the other support surface of the projection in the insert, as far as is necessary.
  • the dimensions of the individual components are chosen so that when using an insert with a dimension at the lower tolerance limit the tip of the projection in the Insert penetrates so far that a secure hold is guaranteed. Is the Dimension of the insert at the upper tolerance limit, then the protrusion continues one, the corresponding support surface being very close to the insert, or at most lightly touched.
  • Another advantage of the invention is that the force is defined with which the Insert is clamped between the support surfaces. This tension cannot Only a safe concern can be achieved, for example, with a thermal sensor, it can also be a Overloading of the component and the molding can be prevented.
  • the insert is preheated to a predetermined temperature. In this way a metallic connection of the materials can be achieved, which improves the strength properties improved.
  • the invention further relates to a mold arrangement for producing hybrid parts, with at least two mold halves, with support surfaces for different mold halves Holding an insert are formed.
  • This shape arrangement is according to the invention characterized in that from a support surface at least one with a tip Projection protrudes, and wherein the distance of the tip of the projection to the opposite Support area is smaller than the minimum extent of the insert in this direction and that the distance between the two support surfaces is greater than the corresponding one maximum extension of the insert in this direction.
  • the Tip be conical or pyramid-shaped.
  • the protrusion also be designed as a cutting edge.
  • the mold 1 and 2 consists of two mold halves 1 and 2, in which one Mold cavity 3 is arranged.
  • a cylindrical insert 4 is inserted into the mold half 2.
  • the mold half 2 In the area of an end face 5 of the insert 4, the mold half 2 has a support surface 6, which is provided with a projection 7, which ends in a tip 8.
  • the mold half 1 has a support surface 9, which is intended to lie against the insert 4. Furthermore is in the mold half 1, a temperature sensor 10 is provided, which in the region of the support surface 9 on Insert 4 is present.
  • the tip 8 penetrates into the insert 4 and presses the insert 4 against the opposite support surface 9. Then the mold cavity 3 is then filled with the casting alloy.
  • a sleeve-like component for example a connecting rod, is produced, which is reinforced on its inner circumference by an insert 4.
  • Appropriate Parts are designated in FIG. 4 with the same reference symbols.
  • the mold half 2 are in At regular intervals three projections 7 are formed, which insert part 4 to an opposite one Press support surface 9 of mold half 1.
  • a precise seat of the Insert reached.
  • the length 1 of the insert 4 represents the sum of a and b following conditions for the proper functioning of the invention.
  • the depth e of the mold cavity of the mold half 2 to the support surface 6 must be greater than b, that is e> b.
  • the present invention enables high quality hybrid parts to be made with simple means to manufacture.
  • the particular advantage of the present invention is that it is not necessary is to manufacture the inserts with high precision in order to achieve the smallest possible tolerances to reach.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hybridteilen, bei dem ein Einlegeteil (4) aus Metall in eine aus mindestens zwei Formhälften (1, 2) bestehende Form eingelegt wird, und in den Formhälften (1, 2) in einer genau bestimmten Stellung gehalten wird, worauf flüssiges Metall in die Form gegossen wird, und wobei die Lage des Einlegeteiles (4) durch zwei einander gegenüberliegende Stützflächen (6, 9) definiert wird, die in unterschiedlichen Formhälften (1, 2) gebildet sind. Eine einfache und sichere Herstellung des Hybridteiles wird dadurch erreicht, daß aus einer Stützfläche (6) mindestens ein mit einer Spitze versehener Vorsprung (7) vorragt, und daß bei geschlossenen Formhälften der Abstand der Spitze (8) des Vorsprunges (7) zur gegenüberliegenden Stützfläche (9) kleiner ist als die minimale Erstreckung des Einlegeteiles (4) in dieser Richtung und daß der Abstand zwischen den beiden Stützflächen (6, 9) größer ist als die entsprechende maximale Erstreckung des Einlegeteiles (4) in dieser Richtung. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hybridteilen, bei dem ein Einlegeteil aus Metall in eine aus mindestens zwei Formhälften bestehende Form eingelegt wird, und nach dem Schließen der Formhälften in einer genau bestimmten Stellung gehalten wird, worauf flüssiges Metall in die Form gegossen wird, und wobei die Lage des Einlegeteiles durch zwei einander gegenüberliegende Stützflächen definiert wird, die in unterschiedlichen Formhälften gebildet sind.
Es ist bekannt, die mechanischen Eigenschaften von Teilen, die beispielsweise durch Druckguß hergestellt werden, dadurch zu verbessern, daß sogenannte Einlegeteile verwendet werden. Diese Einlegeteile sind häufig faserverstärkt. Dabei wird der Einlegeteil, der in einem ersten Verfahrensschritt vorgefertigt wird, in die Form eingelegt und vom eigentlichen Gußmaterial umgossen. Ein solches Verfahren erlaubt die Herstellung von Hybridteilen aus unterschiedlichen Materialien, mit jeweils optimierten und aufeinander abgestimmten Eigenschaften. So können etwa Werkstücke hergestellt werden, die aus einer Magnesiumlegierung bestehen und einen Einlegeteil aus einem anderen Werkstoff aufweisen. Daher ermöglicht es ein solches Verfahren, ein Werkstück an hochbelasteten Stellen gezielt mit einer Faserverstärkung zu versehen, während geringer belastete Teile aus Kostengründen unverstärkt ausgebildet sind.
Die DE 39 32 562 A betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallkolben für Verbrennungskraftmaschinen. Dabei ist ein Einlegeteil vorgesehen, der zwischen einer Formhälfte und einem Salzkern angeordnet ist. Um das Aufschwimmen des Salzkerns zu verhindern, ist dieser an der gegenüberliegenden Formhälfte mit stiftartigen Ansätzen abgestützt. Eine spielfreie Lagerung von Salzkern und Einlegeteil ist bei dieser Vorrichtung nur schwer erreichbar.
Aus der DE 38 07 347 A ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern bekannt, die aus mehreren Metallschichten bestehen.
In der DE 40 17 955 A und der DE 41 32 091 A sind ebenfalls Verfahren zur Herstellung von Gußwerkstücken aus unterschiedlichen Materialien vorbeschrieben.
Weiters sind aus der EP 0 356 768 A und aus der DE 36 20 510 A Verfahren zur Herstellung von Gußteilen bekannt, die teilweise faserverstärkt sind.
Um das Werkstück reproduzierbar fertigen zu können, ist es erforderlich, den Einlegeteil spielfrei in der Form zu halten, um eine Bewegung des Einlegeteils zu verhindern. Andererseits ist es in vielen Fällen notwendig, den Einlegeteil auf eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise zwischen 200 und 300° C vorzuwärmen, um eine metallurgische Verbindung zwischen Einlegeteil und Gußwerkstoff zu erzielen. Durch die thermisch bedingten Änderungen der Abmessungen des Einlageteiles ist es jedoch äußerst schwierig, zu erreichen, daß der Einlegeteil sicher und spielfrei zwischen den Formhälften aufgenommen wird. Ist der Einlegeteil zu groß, dann entstehen beim Schließen der Formhälften große Kräfte, die zur Zerstörung von Bauteilen führen können. Bei einem zu kleinen Einlegeteil ist nicht gewährleistet, daß dieser die vorbestimmte Lage in der Form einnimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem eine genaue und sichere Positionierung von Einlegeteilen auch dann gewährleistet ist, wenn gewisse Toleranzen in den Abmessungen von Form oder Einlegeteil auftreten.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß aus einer Stützfläche mindestens ein mit einer Spitze versehener Vorsprung vorragt, und daß bei geschlossenen Formhälften der Abstand der Spitze des Vorsprunges zur gegenüberliegenden Stützfläche kleiner ist als die minimale Erstreckung des Einlegeteiles in dieser Richtung und daß der Abstand zwischen den beiden Stützflächen größer ist als die entsprechende maximale Erstreckung des Einlegeteiles in dieser Richtung. Um die Funktion des Formwerkzeuges zu erhalten, ist es klarerweise erforderlich, daß der Werkstoff der Spitze des Vorsprunges deutlich härter ist, als der des Einlegeteils.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für alle Gießverfahren geeignet, die mit zwei oder mehr Formhälften arbeiten, von denen mindestens eine beweglich ist, wie etwa den Druckguß. Besonders geeignet ist die Erfindung für die sogenannten SC (shot control) Verfahren, bei denen der Kolbenhub während des Gießvorganges gesteuert wird.
Wesentlich an der Erfindung ist, daß die Lage des Einlegeteils durch zwei einander gegenüberliegende Stützflächen definiert wird. Die Form der Stützflächen hängt grundsätzlich von der Form des zu fertigenden Werkstückes ab. Handelt es sich bei dem Einlegeteil beispielsweise um einen Ring, so sind mindestens drei Spitzen erforderlich. In den hier beschriebenen Beispielen wird von zueinander parallelen Stützflächen ausgegangen, was jedoch nicht unbedingt der Fall sein muß. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß der Einlegeteil in einer Formhälfte sicher an einer Stützfläche anliegt, wodurch eine genau definierte Lage des Einlegeteils erreicht wird. An der anderen Stützfläche drückt sich die Spitze des Vorsprunges in den Einlegeteil ein, und zwar so weit, wie dies erforderlich ist. Die Abmessungen der einzelnen Bauteile sind dabei so gewählt, daß bei Verwendung eines Einlegeteils mit einer Abmessung an der unteren Toleranzgrenze die Spitze des Vorsprunges in den Einlegeteil eindringt, und zwar so weit, daß ein sicherer Halt gewährleistet ist. Ist die Abmessung des Einlegeteils an der oberen Toleranzgrenze, dann dringt der Vorsprung weiter ein, wobei die entsprechende Stützfläche dem Einlegeteil sehr nahe kommt, oder ihn maximal leicht berührt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch die Kraft definiert ist, mit der der Einlegeteil zwischen den Stützflächen eingespannt ist. Durch diese Verspannung kann nicht nur ein sicheres Anliegen etwa an einem Thermofühler erreicht werden, es kann auch eine Überlastung des Bauteils und des Formen verhindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Einlegeteil auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt wird. Auf diese Weise kann eine metallische Verbindung der Werkstoffe erreicht werden, was die Festigkeitseigenschaften verbessert.
Um eine genaue Kontrolle über das Verfahren zu ermöglichen, kann in bevorzugter Weise vorgesehen sein, daß vor und/oder während des Gußvorganges eine Temperaturmessung an einer Fläche des Einlegeteiles durchgeführt wird.
Weiters betrifft die Erfindung eine Formanordnung zur Herstellung von Hybridteilen, mit mindestens zwei Formhälften, wobei in unterschiedlichen Formhälften Stützflächen zum Halten eines Einlegeteiles ausgebildet sind. Diese Formanordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Stützfläche mindestens ein mit einer Spitze versehener Vorsprung vorragt, und wobei der Abstand der Spitze des Vorsprunges zur gegenüberliegenden Stützfläche kleiner ist als die minimale Erstreckung des Einlegeteiles in dieser Richtung und daß der Abstand zwischen den beiden Stützflächen größer ist als die entsprechende maximale Erstreckung des Einlegeteiles in dieser Richtung. In bevorzugter Weise kann die Spitze kegelförmig oder pyramidenförmig ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der Vorsprung auch als Schneide ausgebildet sein. Bei der konstruktiven Gestaltung des Vorsprunges wird man darauf Rücksicht nehmen, daß in dem hergestellten Werkstück ein Abdruck des Vorsprunges verbleibt. In vielen Fällen wird es möglich sein, den Vorsprung so anzuordnen, daß ein solcher Abdruck am fertigen Werkstück nicht störend ist. Wenn es nicht anders möglich ist, muß eine Nachbearbeitung des Werkstückes erfolgen.
In der Folge wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
Fig. 1
eine erfindungsgemäße Formanordnung mit einem Einlegeteil in geöffnetem Zustand,
Fig. 2
ist ein Detail von Fig. 1,
Fig. 3
die Formanordnung von Fig. 1 in geschlossenem Zustand, und
Fig. 4
ist eine weitere Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung.
Die Formanordnung der Fig. 1 und 2 besteht aus zwei Formhälften 1 und 2, in denen ein Formhohlraum 3 angeordnet ist. In die Formhälfte 2 ist ein zylindrischer Einlegeteil 4 eingelegt. Im Bereich einer Stirnfläche 5 des Einlegeteils 4 weist die Formhälfte 2 eine Stützfläche 6 auf, die mit einem Vorsprung 7 versehen ist, der in einer Spitze 8 endet. Die Formhälfte 1 besitzt eine Stützfläche 9, die dazu bestimmt ist, am Einlegeteil 4 anzuliegen. Weiters ist in der Formhälfte 1 ein Temperaturfühler 10 vorgesehen, der im Bereich der Stützfläche 9 am Einlegeteil 4 anliegt.
Wenn die Formhälften 1 und 2 geschlossen werden, dann dringt die Spitze 8 in den Einlegeteil 4 ein und drückt den Einlegeteil 4 an die gegenüberliegende Stützfläche 9. Im Anschluß daran wird der Formhohlraum 3 mit der Gußlegierung gefüllt.
Bei der Ausführungsvariante von Fig. 4 wird ein hülsenartiger Bauteil, etwa ein Pleuel hergestellt, die an ihrem inneren Umfang durch einen Einlegeteil 4 verstärkt ist. Entsprechende Teile sind in der Fig. 4 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Formhälfte 2 sind in regelmäßigen Anständen drei Vorsprünge 7 gebildet, die den Einlegeteil 4 an eine gegenüberliegende Stützfläche 9 der Formhälfte 1 drücken. Auch hier wird ein genauer Sitz des Einlegeteils erreicht.
Bezeichnet man die Tiefe des Formenhohlraums 3 der Formhälfte 1 mit a und die Tiefe mit der der Einlegeteil 4 in die Formhälfte 2 bei geschlossener Form eindringt mit b, so daß die Länge 1 des Einlegeteils 4 die Summe aus a und b darstellt, so ergeben sich folgende Bedingungen für eine ordnungsgemäße Funktion der Erfindung. Die Tiefe e des Formhohlraums der Formhälfte 2 bis zur Stützfläche 6 muß größer sein als b, also e > b.
Dies ist die Voraussetzung dafür, daß der Einlegeteil 4 durch das Schließen der Formhälften 1, 2 nicht unzulässig gestaucht wird.
Andererseits muß b > e - d wobei d die Höhe der Spitze 7 des Vorsprungs 7 darstellt. Die Eindringtiefe c des Vorsprungs 7 in den Einlegeteil 4 ist dabei durch folgende Gleichung gegeben: c = d - e + b.
Es muß somit eine minimale Eindringtiefe c gegeben sein, um den genau definierten Sitz des Einlegeteils 4 zu gewährleisten.
Die Länge 1 (= a + b) des Einlegeteils ist dabei die tatsächliche Länge während des Schusses. Diese tatsächliche Länge 1 unterscheidet sich von der nominellen Länge durch Herstellungstoleranzen und die Wärmeausdehnung. Es ist zwar an sich möglich, die Länge 1 zu berechnen oder durch Versuche zu bestimmen, eine Vielzahl von Einflußgrößen erschwert jedoch eine solche genaue Bestimmung, die ansonsten im zehntel Millimeterbereich erforderlich wäre.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, mit einfachen Mitteln Hybridteile hoher Qualität herzustellen. Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß es nicht notwendig ist, die Einlegeteile hochgenau zu fertigen, um geringstmögliche Toleranzen zu erreichen.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung von Hybridteilen, bei dem ein Einlegeteil (4) aus Metall in eine aus mindestens zwei Formhälften (1, 2) bestehende Form eingelegt wird, und nach dem Schließen der Formhälften (1, 2) in einer genau bestimmten Stellung gehalten wird, worauf flüssiges Metall in die Form gegossen wird, und wobei die Lage des Einlegeteiles (4) durch zwei einander gegenüberliegende Stützflächen (6, 9) definiert wird, die in unterschiedlichen Formhälften (1, 2) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet , daß aus einer Stützfläche (6) mindestens ein mit einer Spitze versehener Vorsprung (7) vorragt, und daß bei geschlossenen Formhälften der Abstand der Spitze (8) des Vorsprunges (7) zur gegenüberliegenden Stützfläche (9) kleiner ist als die minimale Erstreckung des Einlegeteiles(4) in dieser Richtung und daß der Abstand zwischen den beiden Stützflächen (6, 9) größer ist als die entsprechende maximale Erstreckung des Einlegeteiles (4) in dieser Richtung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlegeteil (4) vor dem Einlegen auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder während des Gußvorganges eine Temperaturmessung an einer Fläche (9) des Einlegeteiles durchgeführt wird.
  4. Formanordnung zur Herstellung von Hybridteilen, mit mindestens zwei Formhälften (1, 2), wobei in unterschiedlichen Formhälften Stützflächen (6, 9) zum Halten eines Einlegeteiles ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Stützfläche (6) mindestens ein mit einer Spitze (8) versehener Vorsprung (7) vorragt, und daß der Abstand der Spitze (8) des Vorsprunges (7) zur gegenüberliegenden Stützfläche (9) kleiner ist als die minimale Erstreckung des Einlegeteiles (4) in dieser Richtung und daß der Abstand zwischen den beiden Stützflächen (6, 9) größer ist als die entsprechende maximale Erstreckung des Einlegeteiles (4) in dieser Richtung.
  5. Formanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (7) kegelförmig oder pyramidenförmig ausgebildet ist.
  6. Formanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung als Schneide ausgebildet ist.
  7. Formanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Stützfläche (9), die der Stützfläche (6) mit dem Vorsprung (7) gegenüberliegt, ein Temperaturfühler (10) angeordnet ist.
EP19980890059 1997-03-05 1998-03-05 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verbundgussteilen Expired - Lifetime EP0867247B1 (de)

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AT378/97 1997-03-05

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