EP1230050A2 - Verfahren zum urformen eines werkstoffes - Google Patents

Verfahren zum urformen eines werkstoffes

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EP1230050A2
EP1230050A2 EP00982977A EP00982977A EP1230050A2 EP 1230050 A2 EP1230050 A2 EP 1230050A2 EP 00982977 A EP00982977 A EP 00982977A EP 00982977 A EP00982977 A EP 00982977A EP 1230050 A2 EP1230050 A2 EP 1230050A2
Authority
EP
European Patent Office
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mold
casting
voltage
metal
hand
Prior art date
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EP00982977A
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English (en)
French (fr)
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EP1230050B1 (de
Inventor
Peter Lutze
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AE GROUP AG
Original Assignee
DRM Druckguss GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP1230050B1 publication Critical patent/EP1230050B1/de
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    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21J1/02—Preliminary treatment of metal stock without particular shaping, e.g. salvaging segregated zones, forging or pressing in the rough
    • B21J1/025—Preliminary treatment of metal stock without particular shaping, e.g. salvaging segregated zones, forging or pressing in the rough affecting grain orientation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
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    • B21J9/02—Special design or construction
    • B21J9/06—Swaging presses; Upsetting presses
    • B21J9/08—Swaging presses; Upsetting presses equipped with devices for heating the work-piece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould

Definitions

  • the invention relates to a method for the primary shaping of a material, in which a metal is converted into another shape in a primary shaping process.
  • Such primary molding processes include Casting processes such as die casting, gravity die casting and sand casting processes, as well as forging and drop forging processes, in which a metal is converted into another shape.
  • the temperature development of the metal is important for better machinability and a desired microstructure.
  • a liquid metal or (in the case of thixo-casting or solid state melting) pastates or softened solid metal solidifies in the original mold it is advantageous to control the temperature profile of the metal.
  • To control the temperature profile e.g. from DE 195 45 177 AI known to inductively supply the workpiece or metal with a time-variable electromagnetic field. As a result, a defined amount of heat can be introduced into the workpiece, and the local and temporal distribution of the inductive field can be varied. The change in the electromagnetic field can be made dependent on the deformation state of the workpiece.
  • Such inductive heating of a workpiece can already prevent local solidification and undesired premature cooling of the workpiece.
  • the inductive coupling of the electromagnetic waves can, however, when using larger tools, such as one larger die-casting device with metallic mold halves, can be problematic since eddy currents are also induced in the mold halves by the time-varying or oscillating electromagnetic field.
  • the invention has for its object to provide improvements over the prior art and in particular to create new primary shaping processes with which heat can be supplied to a metal in a desired manner with relatively little effort, the supply of heat advantageously being able to be varied spatially and temporally.
  • This object is achieved according to the invention in that during a filling process before the forming process and / or during the primary molding process and / or during a post-treatment in the primary mold after the primary molding process, a conductively generated voltage is applied to parts of the primary molding device such that a closed circuit is formed is, and the metal is conductively supplied with thermal energy, the closed circuit running through the metal.
  • the metal is thus conductively heated, i.e. an electrical current is passed through the metal.
  • a voltage is applied to suitable parts of the tools used or the master molding device, between which the metal is located.
  • a conductive heating can be achieved with relatively little expenditure on equipment by connecting a current source suitable for this purpose to the desired parts of the device.
  • a welding current source can be used as the current source, which has the desired high current strengths of, for example, greater than or equal to 100 A at the desired voltage of, for example, less than or equal to 100 V.
  • the voltage can be entered in particular on components that have a large contact area with the metal, such as in the case of a casting device, the casting piston, the casting chamber or mold halves, so that a relatively uniform supply of heat to the metal can be achieved. Since the electrical resistance of the metal also increases with increasing temperature, natural negative feedback occurs in the metal, so that when some areas of the metal are heated to a greater extent, the resistance increases and the current flows increasingly through other, cooler areas of the metal.
  • the tension can be applied in all areas of the primary shaping device.
  • a die casting device e.g. the casting piston, the casting chamber, the anvil, the mold halves or a slide
  • the voltage can be connected directly to these components.
  • electrodes in the relevant components for connecting the voltage source, which according to the invention represent parts of the primary shaping device.
  • the use of electrodes can e.g. be useful in mold halves that have ceramic insulation from the mold cavity.
  • the power supply can take place differently in individual phases of the method.
  • a voltage can advantageously be applied between the plunger and anvil during the filling phase, in which the molten or paste-like metal is filled into the casting chamber, so that a current is generated through the length of the casting chamber through the metal.
  • the temperature of the metal can be kept constant; it is also possible to adjust the temperature rature of the metal in the casting chamber, so that unnecessary energy is not consumed in a melting phase before filling. Later heating is particularly useful in thixo-casting processes or SMS (Solid State Melting) processes, in which a wipe of a merely softened or slightly paste-like metal is introduced, since unnecessary heating of the wad or keeping the preheated warp warm can be at least partially prevented before filling.
  • SMS Solid State Melting
  • a voltage can be applied in particular between the mold halves, so that the metal located in the mold cavity is heated directly between the mold halves.
  • electrodes can also be used in addition.
  • Metallic heat sinks attached to the mold halves can also be used as electrodes, for example, so that it is unnecessary to attach further electrodes to existing devices.
  • a current can also be generated between the casting piston or casting chamber and one or both mold halves, so that the metal which is still in the casting chamber and in the gate is also heated. If slides are used to produce the desired die-casting molds, they can also be used as a connection point for the tension with respect to another slider, one or both mold halves or in particular the casting piston and / or casting chamber.
  • a further temperature treatment to improve the structure in which the material is conductively supplied with heat in the desired areas in the desired manner, can be carried out without further aids.
  • electrodes embedded in the casting e.g. Cores are used, which ensures a current supply even in areas of the metal that have detached from the mold halves.
  • the method according to the invention can be carried out manually on the one hand.
  • the voltage or current profile can be varied depending on the calculated or measured function curves.
  • a desired start-up or switch-off characteristic can be carried out when increasing and decreasing the current strengths.
  • control with temperature measurement of the metal is also advantageously possible, so that the voltage or current intensity depends on a temperature structure or the temperature values measured in several points of the metal.
  • the temperature can in particular be kept constant or a temperature drop in the metal can be delayed.
  • Another measured variable can also be measured for regulation.
  • an internal mold pressure between the mold halves can be measured.
  • This measurement can be carried out, for example, by a membrane provided flush in the mold surface or inner surface of the mold halves, which is connected to a piezo crystal attached outside the mold interior.
  • a piezo crystal can be provided under an ejector pin, so that a measurement of the mold internal pressure is possible via the displaceable ejector pin.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a die casting device in a sectional view.
  • Liquid metal e.g. Aluminum, magnesium or an aluminum or magnesium alloy, during a filling phase into the interior of a
  • Casting chamber 7 filled.
  • the casting piston 8 in the retracted position shown in the figure.
  • the liquid metal 13 fills the interior of the casting chamber 7 with a degree of filling of, for example, 30 to 80%.
  • the casting piston 8 is pressed against an anvil 10, so that the liquid metal 13 is pressed into a mold cavity 1 between two mold halves 2 and 3 and subsequently solidifies.
  • the mold halves 2 and 3 are then pulled apart, thus releasing the original workpiece.
  • a slide 4 or more slides can be guided into the mold cavity, which are removed from the workpiece before the molding.
  • the workpiece is conductively heated during one or more of these phases.
  • a current is passed through the liquid metal 13 in the casting chamber 7 by applying a voltage between the casting piston 8 and the anvil 10.
  • the anvil 10 can be electrically insulated or not insulated from the casting chamber 7. In the case of electrical insulation, a possible short-circuit current from the casting piston via the casting chamber to the anvil 10 is prevented or reduced.
  • a voltage can be applied between the casting piston 8 and a mold half 2 or 3, so that a current flows along the liquid metal in the casting chamber and the partially or completely filled mold cavity.
  • the mold halves 2 and 3 can be connected in parallel, so that they are connected together as an electrode against the casting piston 8. This allows a uniform current distribution in the workpiece
  • Mold cavity 1 and thus an even supply of heat be enough. Furthermore, alternatively or additionally, it is possible to apply a voltage between the mold halves 2 and 3 so that a current flows directly through the metal between the mold halves and heats it. Furthermore, a voltage can also be switched between the casting chamber 7 and one or both mold halves 2, 3. It is also possible, in addition or as an alternative, to apply a voltage between a slide 4 and one or both mold halves 2, 3 or between slide 4 and the casting piston, casting chamber or anvil 10, so that a current flows through the mold cavity 1.
  • an electrode 12 can also be used for voltage connection, for example if a ceramic insulating layer 5, 6 on one or both mold halves 2, 3 is so strong that it is difficult to carry current through it.
  • the electrode can also be electrically insulated from the mold halves.
  • a current can be connected between the casting piston 8 and / or casting chamber 7 and one or both mold halves 2, 3 or an electrode 12 or a slide 4 in order to keep the metal in the gate 11 liquid.
  • a current flow can also be maintained after solidification, preferably, for example, between the mold halves or between casting pistons and one or both mold halves. In this way, temperature treatment to improve the structure can be achieved.
  • a casting piece not shown in the figure, is to be poured into the metal, it can, if it is electrically conductive, be used directly for connecting the voltage. Alternatively, electrodes can be attached to the casting.
  • the voltages of e.g. less than / equal to 100 V and currents of e.g. deliver greater than / equal to 100 A so that existing devices can be used. Start-up and run-down curves can also be used to regulate the current.
  • the method according to the invention can also e.g. can be used for gravity casting or sand casting processes, the current being introduced from one casting mold half over another casting mold half or an electrode, or via a feed device for the metal. Furthermore, a use for forging processes or drop forging processes is possible, in which a current is advantageously fed directly via the forging molds.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Containers And Plastic Fillers For Packaging (AREA)

Description

Verfahren zum Urformen eines Werkstoffes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Urformen eines Werkstoffes, bei dem ein Metall in einem Urformvorgang in eine andere Form überführt wird.
Derartige Urformverfahren umfassen u.a. Gießverfahren, wie Druckguß-, Kokillenguß- und Sandgußverfahren, sowie Schmie- de-und Gesenkschmiedeverfahren, bei dem ein Metall in eine andere Form überführt wird.
Bei derartigen Urformverfahren ist die Temperaturentwicklung des Metalls für eine bessere Bearbeitbarkeit sowie eine gewünschte Gefügebildung wichtig. Insbesondere bei Gießverfahren, bei denen ein flüssiges Metall bzw. (bei Thixo-Casting- bzw. Solid State Melting) pasteuses oder aufgeweichtes festes Metall in der Urform erstarrt, ist es vorteilhaft, den Temperaturverlauf des Metalls zu steuern. Zur Steuerung des Temperaturverlaufes ist z.B. aus der DE 195 45 177 AI bekannt, dem Werkstück bzw. Metall durch ein zeitlich variables elektromagnetisches Feld induktiv Wärme zuzuführen. Hierdurch kann eine definierte Wärmemenge in das Werkstück eingebracht werden, wobei die örtliche und zeitliche Verteilung des induktiven Feldes variiert werden kann. Die Veränderung des elektromagnetischen Feldes kann dabei vom Umformzustand des Werkstückes abhängig gemacht werden.
Durch eine derartige induktive Aufheizung eines Werkstücks kann bereits ein lokales Erstarren und eine unerwünschte vorzeitige Abkühlung des Werkstücks vermieden werden. Die induktive Einkopplung der elektromagnetischen Wellen kann allerdings bei Verwendung größerer Werkzeuge, z.B. einer größeren Druckgußeinrichtung mit metallischen Formhälften, problematisch sein, da durch das zeitlich sich ändernde bzw. oszillierende elektromagnetische Feld auch in den Formhälften Wirbelströme induziert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik Verbesserungen zu schaffen und insbesondere neue Urformverfahren zu schaffen, mit denen mit relativ geringem Aufwand in gewünschter Weise einem Metall Wär- me zugeführt wird, wobei vorteilhafterweise die Wärmezufuhr räumlich und zeitlich variiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem während eines EinfüllVorgangs vor dem Umformvorgang und/oder wäh- rend des Urformvorgangs und/oder bei einer Nachbehandlung in der Urform nach dem Urformvorgang an Teile der Urformvorrichtung eine konduktiv erzeugte Spannung derartig angelegt wird, daß ein geschlossener Stromkreislauf gebildet wird, und dem Metall konduktiv Wärmeenergie zugeführt wird, wobei der geschlossene Stromkreislauf durch das Metall verläuft.
Erfindungsgemäß wird das Metall somit konduktiv erhitzt, d.h. es wird ein elektrischer Strom durch das Metall gelei- tet . Hierzu wird erfindungsgemäß eine Spannung an hierfür geeignete Teile der verwendeten Werkzeuge bzw. der Urformvorrichtung gelegt, zwischen denen sich das Metall befindet.
Eine derartige konduktive Erhitzung kann gegenüber einer induktiven Erhitzung mit relativ geringem apparativen Aufwand erreicht werden, indem eine hierfür geeignete Stromquelle an die gewünschten Teile der Vorrichtung angeschlossen wird. Als Stromquelle kann z.B. eine Schweißstromquelle verwendet werden, die die gewünschten hohen Stromstärken von z.B. größer/gleich 100 A bei den gewünschten Spannung von z.B. kleiner/gleich 100 V liefern kann.
Erfindungsgemäß kann die Spannung insbesondere an Bauteilen eingegeben werden, die eine große Berührungsfläche mit dem Metall aufweisen, wie z.B. bei einer Gußvorrichtung der Gießkolben, die Gießkammer oder Formhälften, so daß eine relativ gleichmäßige Wärmezufuhr zu dem Metall erreicht werden kann. Da der elektrische Widerstand des Metalls mit steigender Temperatur ebenfalls zunimmt, tritt in dem Me- tall eine natürliche Gegenkopplung auf, so daß bei stärkerer Erhitzung einiger Bereiche des Metalls der Widerstand zunimmt und der Strom verstärkt durch andere, kühlere Bereiche des Metalls fließt.
Die Spannung kann grundsätzlich in allen Bereichen der Urformvorrichtung angelegt werden. Bei Verwendung von metallischen Bauteilen, bei einer DruckgußVorrichtung z.B. der Gießkolben, die Gießkammer, der Amboß, die Formhälften oder ein Schieber, kann die Spannung direkt an diese Bauteile angeschlossen werden. Weiterhin ist es möglich, in den betreffenden Bauteilen Elektroden zum Anschluß der Spannungs- quelle vorzusehen, die erfindungsgemäß Teile der Urformvorrichtung darstellen. Ein Einsatz von Elektroden kann z.B. in Formhälften sinnvoll sein, die eine keramische Isolie- rung gegenüber dem Formhohlraum aufweisen.
Die Stromzuführung kann in einzelnen Phasen des Verfahrens unterschiedlich erfolgen. Bei einem Druckgußverfahren kann während der Einfüllphase, bei der das schmelzflüssige oder pasteuse Metall in die Gießkammer eingefüllt wird, vorteilhafterweise eine Spannung zwischen Gießkolben und Amboß angelegt werden, so daß ein Strom über die Länge der Gießkammer durch das Metall erzeugt wird.
Hierdurch kann insbesondere die Temperatur des Metalls konstant gehalten werden; weiterhin ist es möglich, die Tempe- ratur des Metalls in der Gießkammer zu erhöhen, so daß in einer Aufschmelzphase vor dem Einfüllen nicht unnötig viel Energie verbraucht wird. Ein späteres Erwärmen ist insbesondere bei Thixo-Casting-Verfahren bzw. SMS (Solid State Melting) -Verfahren sinnvoll, bei denen ein Butzen eines lediglich aufgeweichten bzw. leich pasteusen Metalls eingeführt wird, da eine unnötige Erhitzung des Butzens bzw. ein Warmhalten vorgewärmter Butzen vor dem Einfüllen somit zumindest teilweise verhindert werden kann.
Während der Formfüllung kann eine Spannung insbesondere zwischen den Formhälften angelegt werden, so daß das in dem Formhohlraum befindlich Metall direkt zwischen den Formhälften erwärmt wird. Hierzu können, falls die Formhälften auf ihrer Innenseite im stärkeren Maße mit einem keramischen Isolator überzogen sind, ergänzend auch Elektroden verwendet werden. Als Elektroden können beispielsweise auch in den Formhälften angebrachte metallische Kühlkörper verwendet werden, so daß ein Anbringen weiterer Elektroden in bestehende Vorrichtungen unnötig ist. Weiterhin kann ein Strom auch zwischen Gießkolben bzw. Gießkammer und einer oder beiden Formhälften erzeugten werden, so daß auch das noch in der Gießkammer und im Anschnitt sich befindene Metall erwärmt wird. Bei Verwendung von Schiebern zur Erzeu- gung gewünschter Druckgußformen können auch diese als ein Anschlußpunkt der Spannung gegenüber einem anderen Schieber, einer oder beider Formhälften oder insbesondere dem Gießkolben und/oder Gießkammer verwendet werden.
In der Erstarrungsphase nach der Formfüllung kann es insbesondere vorteilhaft sein, den Preßrest zwischen Gießkolben und Amboß flüssig zu halten, damit weiterhin ein Druck auf das in dem Formhohlraum befindliche Metall ausgeübt wird, um eine gute Verdichtung bzw. Dichtspeisung des Me- talls in dem Formhohlraum zu gewährleisten. Weiterhin kann z.B. durch eine Spannung zwischen Gießkolben bzw. Gießkam- mer und den Formhälften bzw. einer in ihnen angebrachten Elektrode oder eines in ihnen angebrachten Schiebers der Anschnitt, der den Innenraum der Gießkammer mit dem Formhohlraum verbindet, freigehalten werden, damit der auf dem Preßrest ausgeübte Druck eine längere Zeit auf das in dem Formhohlraum befindliche Metall einwirkt.
Durch eine geeignete Stromführung im Metall kann desweiteren eine gerichtete Erstarrung im Formhohlraum erreicht werden, indem in den Bereichen geringerer Stromstärke zunächst eine Abkühlung auftritt, die von hier aus in den Formhohlraum weiterwandert. Da bei einer Abkühlung sich das Metall von den Wänden der Formhälften löst, tritt ein Widerstandsprung ein, der diesen Effekt noch verstärkt. Es kann somit sukzessive eine Ablösung des Metalls in den erstarrten Bereichen von den Formhälften und eine gerichtete Erstarrung erreicht werden.
Nach dem Erstarren kann eine weitere Temperaturbehandlung zur Gefügeverbesserung, bei der dem Werkstoff in gewünschten Bereichen in gewünschter Weise konduktiv Wärmeenergie zugeführt wird, ohne weitere Hilfsmittel durchgeführt werden. Hierzu können vorzugsweise in dem Gußstück eingebettete Elektroden, z.B. Kerne, benutzt werden, wodurch eine Stromzuführung auch in Bereichen des Metalls gewährleistet wird, die sich von den Formhälften abgelöst haben.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum einem manuell durchgeführt werden. Weiterhin kann der Spannungs- bzw. Stromverlauf in Abhängigkeit von errechneten oder gemessenen Funktionskurven variiert werden. Hierfür kann z.B. eine gewünschte Anfahr- bzw. Abschaltcharakteristik beim Erhöhen und Senken der Stromstärken durchgeführt werden. Erfindungsgemäß ist weiterhin vorteilhafterweise eine Regelung mit Temperaturmessung des Metalls möglich, so daß die Spannungs- bzw. Stromstärke in Abhängigkeit von einer Tempera- tur bzw. den in mehreren Punkten des Metalls gemessenen Temperaturwerten geändert werden kann. Hierdurch kann die Temperatur insbesondere konstant gehalten oder eine Temperaturabsenkung des Metalls verzögert werden. Weiterhin kann auch eine andere Meßgröße für eine Regelung gemessen werden. Hierbei kann insbesondere ein Forminnendruck zwischen den Formhälften gemessen werden. Diese Messung kann z.B. durch eine bündig in der Formoberfläche bzw. Innenfläche der Formhälften vorgesehene Membran, die mit einem außer- halb des Forminnenraums angebrachten Piezokristall verbunden ist, geschehen. Alternativ dazu kann ein Piezokristall unter einem Auswerferstift vorgesehen sein, so daß über den verschiebbaren Auswerferstift eine Messung des Forminnendrucks möglich ist.
Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ hierzu eine Schallemission, insbesondere eine Ultraschallemission des Metalls, z.B. im Bereich von 100 KHZ, gemessen werden. Aus einer derartigen Schallemissionsanalyse kann auf die uner- wünschte Lunker-Bildung während des Erstarrens geschlossen werden. Ein Beispiel einer derartigen Schallemissionsanalyse ist in der DE 39 40 560 C2 gezeigt. Erfindungsgemäß erfolgt die Regelung hierbei derartig, daß bei Vorliegen eines Meßsignals bzw. eines zu hohen Meßsignals die Heiz- leistung erhöht wird, so daß das gemessene Signal minimal gehalten wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausfuhrungsformen näher erläutert. Die Figur zeigt den schematischen Aufbau einer Druckgußvorrichtung in Schnittdarstellung.
Durch ein Einfüllloch 9 wird flüssiges Metall, z.B. Aluminium, Magnesium oder eine Aluminium- oder Magnesiumlegie- rung, während einer Einfüllphase in den Innenraum einer
Gießkammer 7 gefüllt. Hierbei ist der Gießkolben 8 in der in der Figur gezeigten zurückgezogenen Stellung. Das flüssige Metall 13 füllt den Innenraum der Gießkammer 7 mit einem Füllungsgrad von z.B. 30 bis 80 % aus.
In der anschließenden Formfüllphase wird der Gießkolben 8 gegen einen Amboß 10 gedrückt, so daß das flüssige Metall 13 in einen Formhohlraum 1 zwischen zwei Formhälften 2 und 3 gedrückt wird und nachfolgend erstarrt. Anschließend werden die Formhälften 2 und 3 auseinander gezogen und wird so das urgeformte Werkstück freigeben. Zur Erreichung komplizierterer Geometrien können ein Schieber 4 oder mehrere Schieber in den Formhohlraum geführt sein, die vor dem Ausformen aus dem Werkstück entfernt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Werkstück während einer oder mehrerer dieser Phasen konduktiv zu erwärmen. Während der Einfüllphase und nach der Einfüllphase kann z.B. ein Strom durch das in der Gießkammer 7 sich befindene flüssige Metall 13 geführt werden, indem eine Spannung zwischen dem Gießkolben 8 und dem Amboß 10 angelegt wird. Hierdurch kann erreicht werden, daß ein elektrischer Strom durch die gesamte Länge der Gießkammer 7 fließt. Der Amboß 10 kann dabei gegenüber der Gießkammer 7 elektrisch isoliert oder nicht isoliert sein. Bei einer elektrischen Isolierung wird ein möglicher Kurzschlußstrom von dem Gießkolben über die Gießkammer zum Amboß 10 verhindert bzw. verringert.
In der nachfolgenden Formfüllphase kann eine Spannung zwischen Gießkolben 8 und einer Formhälfte 2 oder 3 angelegt werden, so daß ein Strom entlang des flüssigen Metalls in der Gießkammer und dem teilweise oder vollständig gefüllten Formhohlraum fließt. Hierbei können die Formhälften 2 und 3 parallel geschaltet werden, so daß sie gemeinsam als Elektrode gegen den Gießkolben 8 geschaltet sind. Hierdurch kann eine gleichmäßige Stromverteilung im Werkstück in
Formhohlraum 1 und somit eine gleichmäßige Wärmezufuhr er- reicht werden. Weiterhin ist es alternativ oder ergänzend hierzu möglich, eine Spannung zwischen die Formhälften 2 und 3 zu legen, so daß ein Strom direkt durch das zwischen den Formhälften sich befindende Metall fließt und dieses erwärmt . Weiterhin kann eine Spannung auch zwischen die Gießkammer 7 und einer oder beiden Formhälften 2, 3 geschaltet werden. Es ist auch möglich, ergänzend oder alternativ hierzu eine Spannung zwischen einem Schieber 4 und einer oder beiden Formhälften 2, 3 bzw. zwischen Schieber 4 und Gießkolben, Gießkammer oder Amboß 10 anzulegen, so daß ein Strom durch den Formhohlraum 1 fließt.
Bei den beschriebenen Ausfuhrungsformen kann statt einer oder beider Formhälften auch eine Elektrode 12 zum Spannungsanschluß verwendet werden, z.B. wenn eine keramische Isolierschicht 5, 6 an einer oder beiden Formhälften 2 , 3 so stark ausgebildet ist, daß eine Stromführung über sie erschwert ist. Alternativ hierzu kann auch die Elektrode gegen die Formhälften elektrisch isoliert sein. Während der nachfolgenden Erstarrungsphase kann zum einen eine Spannung zwischen Gießkolben 8 und Amboß 10 gelegt werden, so daß ein Preßrest in der Gießkammer flüssig gehalten wird. Hierdurch wird ein Druck in diesem Preßrest aufrechterhalten, der zur Dichtspeisung des Metalls im Formhohlraum während des Erstarrens dient, so daß eine bessere bzw. dichtere Gefügeausbildung des Metalls erreicht wird. Hierzu kann ergänzend oder alternativ ein Strom zwischen Gießkolben 8 und/oder Gießkammer 7 und einer oder beider Formhälften 2, 3 bzw. einer Elektrode 12 oder einem Schiebers 4 geschaltet sein, um das Metall im Anschnitt 11 flüssig zu halten. Es können hierbei Isolierschichten an Elektroden zur Abschirmung gegen ein Formteil und/oder Isolierschichten an stromführenden Formteilen, wie z.B. Gießkammer 7, Gußkolben 8, Amboß 10, den Formhälften 2, 3 und/- oder dem Schieber 4 zur Isolierung gegen andere Formteile oder das Gießmetall vorgesehen sein. Auch nach dem Erstarren kann ein Stromfluß aufrecht erhalten werden, vorzugsweise z.B. zwischen den Formhälften oder zwischen Gießkolben und einer oder beider Formhälften. Hierdurch kann eine Temperaturbehandlung zur Verbesserung des Gefüges erreicht werden.
Falls ein in der Figur nicht gezeigtes Eingußstück in das Metall eingegossen werden soll, kann es, falls es elektrisch leitend ist, direkt zum Anschluß der Spannung ver- wendet werden. Alternativ hierzu können Elektroden an dem Gußteil angebracht werden.
Als Stromquellen können z.B. Schweißstromquellen verwendet werden, die Spannungen von z.B. kleiner/gleich 100 V und Ströme von z.B. größer/gleich 100 A liefern, so daß bereits bestehende Vorrichtungen verwendet werden können. Hierbei können auch Anfahr- und Auslaufkurven zur Stromstärkeregulierung verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch z.B. für Kokillenguß- oder Sandgußverfahren verwendet werden, wobei der Strom von einer Gießformhälfte über eine andere Gießformhälfte oder einer Elektrode, bzw. über eine Zuführvorrichtung für das Metall eingeleitet wird. Weiterhin ist eine Verwendung für Schmiedeverfahren oder Gesenkschmiedeverfahren möglich, bei denen vorteilhafterweise ein Strom direkt über die Schmiedeformen eingespeist wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Urformen eines Metalls, bei dem
ein Metall (13) in einem Urformvorgang in eine andere
Form überführt wird,
wobei während eines Einfüllvorgangs vor dem Urformvorgang und/oder während des Urformvorgangs und/oder bei einer Nachbehandlung in der Urform nach dem Urformvorgang an Teile der Urformvorrichtung eine erzeugte elektrische Spannung derartig angelegt wird, daß ein geschlossener Stromkreislauf gebildet wird, und dem Metall konduktiv Wärmeenergie zugeführt wird,
wobei der geschlossene Stromkreislauf durch das Metall (13) verläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Urformvorgang ein Gußvorgang, Schmiedevorgang oder
Gesenkschmiedevorgang ist, bei dem an Werkzeugteilen (8, 7, 10, 12, 2, 3, 4) oder an in den Werkzeugteilen angebrachten Elektroden (12) die Spannung angelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Urformvorgang ein Druckgußvorgang ist, bei dem schmelzflüssiges oder pasteuses Metall in einer Einfüllphase in eine Gießkammer (7) eingebracht wird, nachfolgend in einer Formfüllphase von einem Gießkolben (8) in einen Formhohlraum (1) zwischen zwei Formhälften (2, 3) gedrückt wird und in einer Erstarrungs- phase erstarrt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung zwischen den Formhälften (2, 3) und/oder in den Formhälften angebrachten Elektroden (12) angelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung zwischen einerseits einer oder beiden Formhälften (2, 3) und andererseits der Gießkammer (7) und/oder dem Gießkolben (8) und/oder einem die Gießkammer verschließenden Amboß (10) angelegt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung zwischen einerseits einem oder mehreren Schiebern (4) und andererseits einer oder beiden Formhälften (2, 3) und/oder dem Am- boß (10) und/oder der Gießkammer (7) und/oder dem
Gießkolben (8) angelegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einfüllphase eine Spannung zwischen dem Gießkolben (8) und einem als Verschluß der Gießkammer (7) dienenden Amboß (10) angelegt wird, wobei die Gießkammer vorzugsweise geerdet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einfüllphase ein Butzen eines pasteusen bzw. aufgeweichten festen Metalls eingegeben und von dem Gießkolben (8) gegen den Amboß (10) gedrückt wird, und eine Spannung zwischen Gießkolben (8) und Amboß (10) derartig angelegt wird, daß die Temperatur des Butzens durch den elektrischen Strom gehalten oder erhöht wird, und in der Formfüllphase der Butzen zwischen Kolben und Amboß derartig zerdrückt wird, daß der Formhohlraum (1) gefüllt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Formfüllphase eine Spannung zwischen einerseits dem Gießkolben (8) und/oder der Gießkammer (7) und andererseits einer oder beider Formhälften (2, 3) und/oder einer in den Formhälften vorgesehenen Elektrode (12) und/oder einem in den Formhälften angebrachten Schieber (4) angelegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Formfüllphase eine Spannung zwischen einerseits einer ersten Formhälfte (2) und/- oder einer in der ersten Formhälfte angebrachten Elektrode und/oder einem in der ersten Formhälfte angebrachten Schieber und andererseits der zweiten Formhälfte (3) und/oder einer in der zweiten Formhälfte angebrachten Elektrode (12) und/oder einem in der zweiten Formhälfte angeordneten Schieber (4) angelegt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Erstarrungsphase eine Span- nung zwischen einerseits dem Gießkolben (8) und/oder der Gießkammer (7) und andererseits dem Amboß (10) angelegt wird derartig, daß ein zwischen Gießkolben und Amboß verbleibender Preßrest flüssig oder pasteus gehalten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Preßrestes gemessen und die anliegende Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Erstarrungsphase eine Spannung zwischen dem Gießkolben (8) und/oder der Gießkammer (7) einerseits und einer oder beiden Formhälften (2, 3) und/oder einem in den Formhälften angeordneten
Schieber (4) und/oder einer in den Formhälften ange- brachten Elektrode (12) angelegt wird derartig, daß das Metall in einem den Übergang zwischen dem Innenraum der Gießkammer (7) und dem Formhohlraum (1) bildenden Anschnitt (11) flüssig bzw. pasteus gehalten wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung während der Erstarrungsphase zeitlich abgesenkt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingußteil in den Formhohlraum eingegossen wird, wobei das Eingußteil oder eine an dem Eingußteil befestigte Elektrode als Anschlußpunkt für die Spannung geschaltet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Urformverfahren ein Kokillenguß-, Sandguß-, Schmiede- oder Gesenkschmiedeverfahren ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Spannungen kleiner/gleich 100 V und Ströme größer/gleich 100 A verwendet werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere anliegende elektrische Spannungen und/oder eingespeiste elektrische Ströme und/oder den Spannungen und Strömen entsprechende elektrische Leistungen in Abhängigkeit von ei- nem oder mehreren Meßsignalen geregelt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßsignal bzw. Meßsignale ein oder mehrere Temperaturmeßsignale genommen werden, die an einer oder mehreren Stellen gemessen werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Metalls während eines Einfüll- Vorgangs konstant gehalten wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während des Formfüllvorgangs konstant gehalten wird oder eine Temperaturabsenkung verzögert wird.
22. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßsignal bzw. Meßsignale ein oder mehrere mittels einer Schallemissionsanalyse gewönne Ultraschallsignale verwendet werden und eine Regelung derartig durchgeführt wird, daß das gemessene Ultra- schallsignal minimal ist.
23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, daß ein gemessenes Schallsignal einen Referenzwert überschreitet, eine angelegte Spannung bzw. ein eingespeister Strom bzw. eine abgegebene elektrische Leistung erhöht werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgröße ein an einer oder mehreren Stellen gemessener Forminnendruck genommen wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung entlang einer vorgegebenen Kennlinie des Forminnendrucks in Abhängigkeit der Zeit oder Temperatur vorgenommen wird.
26. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 25, mit einer Urformvorrich- tung zum Durchführen des Urformverfahrens, die Anschlußpunkte zum Anlegen einer Spannung aufweist, und einer Spannungsquelle zum Anlegen einer Spannung an die Anschlußpunkte.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung zum Steuern der angelegten
Spannung oder des eingespeisten Stromes in Abhängigkeit eines vorgegebenen zeitlichen Verlaufes.
28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung zum Regeln der angelegten
Spannung oder des eingespeisten Stromes oder der abgegebenen Leistung in Abhängigkeit von einer oder mehreren Meßgrößen.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Druckmeßeinrichtungen zur Messung des Forminnendruckes vorgesehen sind, die einen Piezokristall unter einem Auswerferstift und/oder eine in der Formoberfläche angebrachte Membran aufweisen.
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