DE102018114700B3

DE102018114700B3 - Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs für die Aluminiumblech-Umformung

Info

Publication number: DE102018114700B3
Application number: DE102018114700.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph Althausse
Original assignee: Roemheld & Moelle Eisengiesserei GmbH; Romheld & Moelle Eisengiesserei GmbH
Current assignee: Roemheld & Moelle Eisengiesserei GmbH; Romheld & Moelle Eisengiesserei GmbH
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2038-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs für die Aluminiumblech-Umformung. In einem Schritt (S1) des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen einer Modellform (30) mit einer Kontur (32) für ein zu gießendes Bauteil. In einem weiteren Schritt (S2) erfolgt ein Bereitstellen einer aushärtbaren Formmasse (10), die ein Bindersystem (12) und Metallkugeln (14) aufweist, wobei die Metallkugeln (14) in dem Bindersystem (12) eingebettet sind. Die Formmasse (10) wird in einem ersten Zustand (11) bereitgestellt, und ist von dem ersten Zustand (11) in einen zweiten Zustand (21) überführbar, um eine Kontur (22) für eine Gussform (23) zu bilden. Die Formmasse (10) ist in dem ersten Zustand (11) an eine Kontur (32) der Modellform (30) anpassbar und im zweiten Zustand (21) ausgehärtet. In einem weiteren Schritt (S3) erfolgt ein Auftragen der Formmasse (10) auf die bereitgestellte Modellform (30) in dem ersten Zustand (11), wobei die Formmasse (10) an die Kontur (32) der Modellform (30) angepasst wird. In einem weiteren Schritt (S4) erfolgt ein Aushärten der auf der Modellform (30) aufgetragenen Formmasse (10), um somit eine die Formmasse (10) aufweisende Gussform (23) mit einer geometrischen Form zu bilden, die zumindest teilweise einem Abdruck der Modellform (30) entspricht. In noch einem weiteren Schritt (S5) erfolgt ein Bereitstellen der Gussform (23) zur Herstellung eines metallischen Gussteils.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Herstellen von Gussteilen durch Gießen von Schmelzen in eine Gussform. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs für die Aluminiumblech-Umformung.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Herstellung von Gussteilen, beispielsweise aus metallischen Schmelzen, ist es von großer Bedeutung die Gussteile mit der gewünschten Oberflächenqualität herzustellen. Dabei hat insbesondere der Erstarrungsverlauf bzw. die Abkühlung des geschmolzenen Metalls einen erheblichen Einfluss auf die Qualität des herzustellenden Gussteils. Oft treten Mikroporen in den zuletzt erstarrten Bereichen des herzustellenden Gussteils auf. Ein Vermeiden dieser Mikroporen ist über die Metallurgie selbst nur begrenzt möglich. Eine Möglichkeit sie zu vermeiden, ist es eine quasi gerichtete Erstarrung zu erzeugen, beispielsweise mittels Formkokillen. Bei diesen handelt es sich um Gussteile, die auf ein Modell aufgelegt und in Sand eingeformt werden. Während der Erstarrung kühlen diese die Schmelze so ab, dass die Erstarrungsfront so schnell in das Bauteil getrieben wird, dass Mikroporen weitestgehend vermieden werden. Ein Nachteil an dieser Methode sind die hohen Kosten, die hierbei entstehen. Bei den Kokillen handelt es sich um Gussformteile, die nur für ein Bauteil hergestellt werden und im Anschluss in der Regel verschrottet werden. Für die Kokillen werden zuerst sog. EPS-Modelle hergestellt, um sicherzustellen, dass sie passgenau sind. Das heißt die Kokillen werden an das Modell des herzustellenden Gussteils angepasst. Anschließend durchlaufen sie den gesamten Gießereiprozess einschließlich Schlichten, Formen und Putzen. Allerdings müssen die Formkokillen möglichst schnell hergestellt werden, um dem oft engen Zeitrahmen beim Herstellungsprozesses des Gussteils Rechnung zu tragen.
Die EP 0 143 954 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von polyurethangebundenen Formteilen für die Gießerei-Industrie nach dem Cold-Box-Verfahren, wobei die Formteilehärtung schlagartig durch Hindurchleiten eines gasförmigen Katalysators erfolgt. Es wird zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften vor und/oder während der Aushärtung innerhalb des Cold-Box-Formteils ein Eigenschaftsgradient in der Weise erzeugt, dass die Widerstandsfähigkeit in der Oberflächenschicht des Formteils gegenüber dem Innern des Formteils erhöht ist.
Die US 5,156,754 beschreibt ein Vorgehen zum Erhöhen der Leistung einer Form aus wärmehärtendem Harz, bei dem Metallpulver in einer Harzform dispergiert wird, die eine dichte und hohlraumfreie Struktur aufweist. Die Form kann auf einem Stützelement aus Metall montiert sein. In diesem Fall ist die Verbindung zwischen der Form und dem Stützelement sicher, wenn Metallkugeln in der Form in der Nähe des Stützelements enthalten sind. Darüber hinaus kann die Form elektrisch metallbeschichtet sein. In diesem Fall wird die Form mit einer leitfähigen Kunststofffarbe beschichtet, bevor sie der elektrischen Metallbeschichtung in einer Elektrolytlösung ausgesetzt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Gussteilen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Verwendung eines Verfahrens mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Beispielhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine aushärtbare Formmasse zur Bereitstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Gussteils angegeben. Die Formmasse weist ein Bindersystem und Metallteile auf. Die Metallteile in der Formmasse sind in dem Bindersystem eingebettet. Die Formmasse ist von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überführbar, um eine Kontur für eine Gussform, z.B. eine Kokille, zu bilden. Die Formmasse ist in dem ersten Zustand an eine Kontur einer Modellform anpassbar und in einem zweiten Zustand ist die Formmasse ausgehärtet.
Mit einer solchen aushärtbaren Formmasse, welche auch als formbare Kühlmasse bezeichnet werden kann, ist es möglich, eine Gussform zur Herstellung eines Gussteils bereitzustellen, insbesondere eine solche Gussform mit geringerem Kostenaufwand und geringerem Zeitaufwand herzustellen. Ferner können durch die verbesserten Kühleigenschaften der Formmasse die Oberflächeneigenschaften eines herzustellenden Gussteils erheblich verbessert werden.
In einem Beispiel ist die Formmasse in dem ersten Zustand als formbares Schüttgut ausgebildet. In dem zweiten Zustand ist das Schüttgut ausgehärtet. Beispielsweise liegt die Formmasse als kohäsives Schüttgut vor. Die Formmasse ist in dem ersten Zustand z.B. fließfähig, jedoch haften die Metallteile durch das Bindersystem aneinander. Man kann sich die Formmasse daher wie Sand vorstellen, wobei die einzelnen Sandkörner aneinanderhaften und nicht voneinander separiert werden. In analoger Weise haften auch die Metallteile in der Formmasse aneinander, so dass eine Separierung der Metallteile durch das quasi klebrige Bindersystem aneinanderhaftend gehalten werden. Somit kann sich bei Aufschütten der Formmasse, beispielsweise auf die Modellform, ein Schüttkegel ausbilden, der die Modellform zumindest teilweise umgibt. Durch das Aneinanderhaften der Metallteile mittels des Bindersystems kann die Formmasse wie ein kohäsives Schüttgut ausgebildet sein. Es ist möglich, dass das Bindersystem die Oberfläche der Metallteile zumindest teilweise benetzt, so dass die Metallteile durch das Bindersystem aneinanderhaften.
Die Formmasse kann in dem ersten Zustand in einem Temperaturbereich von -10 °C bis 50 °C, z.B. 5 bis 30 °C, z.B. 10 bis 25 °C, z.B. ca. 20 °C, per Hand verformbar sein. Somit kann die Formmasse in dem ersten Zustand etwa bei Raumtemperatur an die Kontur der Modellform angepasst werden, bevor sie in den zweiten, das heißt ausgehärteten Zustand überführt wird. Zum Beispiel ist die Formmasse in dem zweiten Zustand in einem Temperaturbereich von -10 °C bis mindestens 1300 °C, zum Beispiel bis 1400 °C ausgehärtet.
Es ist möglich, dass die Formmasse nur über einen sehr kurzen Zeitraum von beispielsweise wenigen Sekunden oder Bruchteilen von Sekunden ausgehärtet ist bzw. ausgehärtet bleibt, nachdem eine Schmelze in die durch die ausgehärtete Formmasse gebildete Vorrichtung eingegossen wurde. Dies ist insbesondere der Fall, da sich bei solch hohen Temperaturen die Klebkraft des Bindersystems verringert bzw. das Bindersystem die Klebkraft verlieren kann, so dass die Metallteile nicht mehr zusammengehalten werden und somit die Formmasse den ausgehärteten Zustand wieder verliert. Dennoch kann über den genannten kurzen Zeitraum der ausgehärtete Zustand der Formmasse, das heißt die Kontur für die Gussform, beibehalten werden, bis sich eine Erstarrungsfront innerhalb der Schmelze ausgehend von der Kontur der Gussform ausbildet, so dass das mittels der Schmelze herzustellende, bereits teilweise erstarrte Bauteil seine Form beibehält, auch wenn die Formmasse bereits wieder ihren ausgehärteten Zustand verliert. Aus diesem Grund sei verstanden, dass die ausgehärtete Formmasse nach Aufnahme der Schmelze den ausgehärteten Zustand über zumindest einen kurzen, für die teilweise Erstarrung der Schmelze ausreichenden Zeitraum ihre Form und damit ihre Kontur beibehält. Es sei ferner verstanden, dass das Aushärten der Formmasse selbst deutlich länger dauern kann. Beispielsweise beträgt die Verarbeitungszeit der Formmasse ca. 10 -15 min und die Aushärtezeit nochmals ca. 20 min.
Der Begriff „Bindersystem“ kann eine Matrixmasse bezeichnen, d.h. Matrixzusammensetzung, die dazu dient, die Metallteile miteinander zu verbinden und zusammenzuhalten. Das Bindersystem kann auch als Bindemittel, Bindermatrix oder Matrixmaterial bezeichnet werden.
Der Begriff „eingebettet“ bezieht sich z.B. darauf, dass die Metallteile als eine Art Zuschlagsstoff im Wesentlichen vollständig von dem Bindersystem umgeben sind. Die Metallteile können also in dem Bindersystem eingelagert oder in dieses integriert sein. Mit anderen Worten, liegen die Metallteile in dem Bindersystem verteilt vor.
Die aushärtbare Formmasse lässt sich an Modelle anpassen, um eine entsprechend des Modells geformte Gussform zu bilden. Aufgrund der eingelagerten Metallteile wird eine gute Wärmeabfuhr während eines Gussvorgangs zur Herstellung eines Gussteils mittels der Gussform zur Verfügung gestellt. Die Metallteile dienen dabei nicht nur der verbesserten Wärmeabfuhr während des Gussvorgangs, sondern wirken auch aufgrund der hohen Wärmeaufnahmekapazität. Das Bindersystem der Formmasse ist beispielsweise zumindest im ausgehärteten Zustand ebenfalls gut wärmeleitend. Das Bindersystem weist im ersten Zustand zum Beispiel eine gute Verarbeitbarkeit auf, insbesondere beim Auftragen der Formmasse auf die Modellform. Das Bindersystem kann einen sog. Polyurethan-Isocyanat No-Bake (PUNB)-Binder aufweisen. Bei Polyurethan-Isocyanat No-Bake handelt es sich um ein Dreikomponentensystem mit einem Binder, einem Härter und einem flüssigen Katalysator. Mit einem Polyurethan-Isocyanat No-Bake-Binder kann beispielsweise gegenüber einem Furan-Kaltharz-Bindersystem eine höhere Festigkeit der ausgehärteten Formmasse erreicht werden, da eine Reaktion zwischen dem Binder und den eingebetteten Metallteilen vermieden wird. Der Polyurethan-Isocyanat No-Bake-Binder ist beispielsweise ein Polyurethan-Isocyanat No-Bake Bindersystem.
Ein weiterer Vorteil dieses Bindersystems ist, dass die Aushärtegeschwindigkeit durch die Zugabe des Katalysators eingestellt werden kann. Es lassen sich lange Verarbeitungszeiten mit anschließenden kurzen Aushärtezeiten realisieren. Die Aushärtezeit wird nur unwesentlich von der Formstoff- und der Umgebungstemperatur beeinflusst. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Furanharz-Bindersystem, bei dem der Härter eine Säure enthält, kann eine Reaktion mit der Oberfläche der Metallteile, das heißt des Strahlmittels, vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Formmasse im ersten Zustand als kohäsives Schüttgut vor.
In einem Beispiel sind die Metallteile mit dem Bindersystem umgeben, der das kohäsive Verhalten bewirkt, d.h. die Metallteile zu einem gewissen Grad aneinanderbindet. Das bedeutet, dass das Schüttgut im ersten Zustand zwar fließfähig ist, jedoch die Metallteile durch das Bindersystem, welches die Metallteile zumindest teilweise benetzt, zusammengehalten werden. Somit ist die Formmasse im ersten Zustand etwa bei Raumtemperatur per Hand verformbar und damit an die Kontur der Modellform anpassbar, ohne dass die Formmasse beim oder nach dem Auftragen auf die Modellform zerfällt. Dies hat wiederum zur Folge, dass die auf die Modellform aufgetragene und an diese angepasste Formmasse vom ersten Zustand in den zweiten, ausgehärteten Zustand überführt werden kann, um somit die Formmasse in dem aufgetragenen Zustand quasi einzufrieren, wodurch die Vorrichtung zur Herstellung des metallischen Gussteils bereitgestellt wird. Die Vorrichtung kann auch als Gussform oder Gussformteil bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine aus der ausgehärteten Formmasse gebildete Kontur einer Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Gussteils dazu ausgeführt, ihre Kontur bei einer Temperatur von mindestens 1300 °C beizubehalten.
Das bedeutet, dass die Formmasse im zweiten, also ausgehärteten Zustand ihre Form und damit ihre Kontur auch bei Temperaturen von mindestens 1300 °C beibehält. Damit ist die Formmasse im ausgehärteten Zustand dazu ausgeführt, eine Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Gussteils zu bilden, welche eine metallische Schmelze, insbesondere eine Gusseisenschmelze aufnehmen kann. Dieser ausgehärtete Zustand der Formmasse bzw. der Vorrichtung kann beim Einfüllen der Schmelze in die Vorrichtung über einen bestimmten Zeitraum dem genannten Temperaturbereich wiederstehen, so dass die Vorrichtung beispielsweise erst zerfällt, wenn die Schmelze zur Herstellung des Gussteils zumindest teilweise erstarrt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Metallteile als Metallkugeln ausgebildet.
Mit anderen Worten können die Metallteile im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet sein. Die Metallteile können jedoch auch als eine Art Metallbruch oder Späne vorliegen. Die Metallteile können auch als körniges Gemisch oder stückiges Gemisch ausgebildet sein. Die Metallteile sind beispielsweise kugel-, plättchen- oder stäbchenförmig. Die Metallteile können eine glatte oder auch raue Partikeloberfläche aufweisen. Die Metallkugeln können eine Ansammlung von Metallteilen oder Metallteilchen sein, welche in dem Bindersystem angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Metallkugeln einen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 3,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 2,2 mm auf.
Der Durchmesser der Metallkugeln kann eine bestimmte Bandbreite aufweisen, was bedeutet, dass die Formmasse einige Metallkugeln größeren Durchmessers und andere Metallkugeln geringeren Durchmessers aufweist. Eine größere Bandbreite an Kugeldurchmessern wirkt sich zum Beispiel vorteilhaft auf die Dichte der Formmasse aus. Die kleineren Kugeln können die Zwischenräume der größeren Kugeln ausfüllen und erhöhen somit die Dichte der Formmasse bzw. Kühlmasse. Ein weiterer Vorteil dieser erhöhten Bandbreite an Kugeldurchmessern ist, dass sich die Wärmeleitung und/oder - kapazität der Formmasse verbessert. Der Grund hierfür ist, dass die Formmasse insgesamt homogener ist und eine höhere Packungsdichte der Kugeln in der Formmasse aufweist.
Grundsätzlich sind jedoch auch Kugeln mit einem Durchmesser von größer als 2,2 mm für die Zusammensetzung der Formmasse möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Metallteile ein Material auf, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Eisenlegierungen wie zum Beispiel Stahl, Kupfer, und Kupferlegierungen.
Vorzugsweise sind die Metallteile Stahlkugeln, die verteilt im Bindersystem angeordnet sind. Das Bindersystem kann als Mehrkomponentensystem ausgebildet sein, zum Beispiel als Dreikomponentensystem. Beispielsweise weist das Bindersystem einen Polyurethan-Isocyanat No-Bake-Binder auf. Bei dem Polyurethan-Isocyanat No-Bake-Binder handelt es sich um ein Dreikomponentensystem mit einem Binder, einem Härter und einem flüssigen Katalysator. In dieses Bindersystem sind die Metallteile eingebettet. Die Metallteile können zum Beispiel im Wesentlichen kugelförmige Ansammlungen von Metallpartikeln oder Metallzusammensetzungen in dem Bindersystem sein. Diese Ansammlungen können damit in Form von Einlagerungen in dem Bindersystem auftreten. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Stahlkugeln, die im Bindersystem eingebettet sind. Jedoch ist es auch möglich, andere Metalle oder metallische Legierungen als Metallteile zu verwenden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Metallteile Eisen, Eisenlegierungen, Kupfer oder Kupferlegierungen aufweisen. Da die Formmasse also Stahlkugeln aufweisen kann, kann sie auch als sog. Stahl-Strahlmittel bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Bindersystem einen Binder, einen Härter und einen Katalysator auf.
Der Härter ist vorgesehen, um den Binder auszuhärten. Der Katalysator ist vorgesehen, um diesen Aushärtevorgang der Formmasse zu unterstützen oder auch zu aktivieren. Das heißt, dass durch den Katalysator die Überführung der Formmasse vom ersten in den zweiten Zustand einstellbar bzw. steuerbar ist. Als Aushärtevorgang kann dabei die Überführung der Formmasse vom ersten Zustand in den zweiten Zustand verstanden werden, wobei die anfangs per Hand formbare Formmasse in einen festen Zustand gebracht wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass nach dem Aushärtevorgang die aus der Formmasse gebildete Vorrichtung, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Temperaturen von mindestens 1300°C, vorzugsweise von mindestens 1400 °C ihre Form beibehält. Wie bereits erläutert, kann vorgesehen sein, dass die Formmasse bzw. die Vorrichtung lediglich über wenige Sekunden oder gar Bruchteilen von Sekunden ihren ausgehärteten Zustand beibehält.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gussteils angegeben. Die Vorrichtung weist wenigstens teilweise ein Gussformteil auf, das aus einer ausgehärteten Formmasse, wie sie zuvor und nachfolgend beschrieben ist, gebildet ist. Das Gussformteil weist eine Kontur auf und ist zur Aufnahme einer Schmelze ausgebildet, wobei mit dem Gussformteil ein Gussteil herstellbar ist, das mit der Kontur des Gussformteils wenigstens teilweise korrespondiert.
Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich Gussteile mit verbesserter Oberflächenqualität, insbesondere im Hinblick auf eine Verringerung oder Vermeidung von Poren bzw. Mikroporen auf der Oberfläche des Gussteils, herzustellen.
Dabei wird die Vorrichtung bzw. das Gussformteil verwendet, um das Gussteil zu formen und herzustellen. Die „Kontur“ des Gussformteils kann auch als geometrische Form bezeichnet werden. Das Gussformteil kann auch als Gussform bezeichnet werden.
Bei dem „Gussteil“ handelt es sich zum Beispiel um ein Werkzeug zur Herstellung von Blechbauteilen, wie zum Beispiel Karosseriebleche für Kraftfahrzeuge. Das Gussteil kann als Rohbauteil für ein Presswerkzeug vorgesehen sein. Das Gussteil kann auch als fertiges Presswerkzeug vorgesehen sein.
Durch die Vorrichtung kann die Oberflächengüte des Gussteils und eines später mit diesem Gussteil herzustellenden Bauteils, zum Beispiel eines Blechbauteils, verbessert werden. Dabei kann insbesondere die Ausbildung von oberflächennahen Poren auf dem Gussteil verringert oder vermieden werden, was sich wiederum positiv auf die Oberflächengüte des mit dem Gussteil herzustellenden Blechbauteils auswirkt.
Der Begriff „korrespondiert“ kann sich auf das Abbilden der Kontur eines Modells oder einer Modellform durch die Formmasse beziehen, um anschließend durch das mittels der Formmasse gebildete Gussteil die Form des Modells bzw. der Gussform wieder nachbilden zu können.
Bei der Schmelze handelt es sich beispielsweise um eine metallische Gussschmelze zur Herstellung eines Metallguss-Werkzeugs. Die Vorrichtung zur Herstellung eines Gussteils kann auch als Kokille, Gussform oder Gussformteil bezeichnet werden. Die Formmasse mit den eingelagerten Metallteilen dient dabei der gezielten unterschiedlichen Kühlung. Die ausgehärtete Formmasse bildet dann das Gussformteil. Das Gussformteil kann dabei teilweise oder auch vollständig durch die ausgehärtete Formmasse gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schmelze eine metallische Schmelze.
Die Vorrichtung ist daher dazu ausgeführt, Temperaturen von metallischen Schmelzen zu widerstehen, so dass die Form oder Kontur des Gussformteils zumindest über einen Zeitraum von wenigen Sekunden beibehalten werden kann. Das mit dem Gussformteil hergestellte Gussteil kann ein Gussteil für ein Werkzeug zur Blechbearbeitung aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist über eine Anordnung der Metallteile innerhalb der Formmasse eine thermische Leitfähigkeit unterschiedlicher Bereiche der Vorrichtung einstellbar.
Dadurch lässt sich zum Beispiel die Erstarrungsgeschwindigkeit der unterschiedlichen Bereiche der Schmelze innerhalb des Gussformteils einstellen. Es können beispielsweise Bereiche der Formmasse mit einem höheren Gehalt an Metallteilen bzw. Stahlkugeln vorgesehen sein als dies in anderen Bereichen der Formmasse der Fall ist, so dass diejenigen Bereiche der Formmasse mit höherem Gehalt an Metallteilen eine größere Wärmeleitfähigkeit und damit Wärmeabfuhr ermöglichen als andere Bereiche der Formmasse. Auch kann über eine Variation der Packungsdichte der Formmasse innerhalb unterschiedlicher Bereiche der Formmasse die thermische Leitfähigkeit oder die Wärmekapazität eingestellt werden.
Eine Einstellung der Wärmekapazität verschiedener Bereiche der Formmasse kann auch über eine Veränderung der Schichtdicke, mit der die Formmasse auf die Modellform in ihrem ersten Zustand aufgetragen wird, erreicht werden. Auf diese Weise kann auch eine Erstarrungsgeschwindigkeit oder eine Erstarrungsfront in der Schmelze gezielt eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Gussteils angegeben. In einem Schritt des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen einer Modellform mit einer Kontur für ein zu gießendes Bauteil. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Bereitstellen einer aushärtbaren Formmasse, die ein Bindersystem und Metallteile aufweist, wobei die Metallteile in der Formmasse in dem Bindersystem eingebettet sind. Die Formmasse wird in einem ersten Zustand bereitgestellt und ist von dem ersten Zustand in einen zweiten Zustand überführbar, um eine Kontur für eine Gussform zu bilden. Die Formmasse ist in dem ersten Zustand an eine Kontur der Modellform anpassbar und in dem zweiten Zustand ist die Formmasse ausgehärtet. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Auftragen der Formmasse auf die bereitgestellte Modellform in dem ersten Zustand, wobei die Formmasse an die Kontur der Modellform angepasst wird. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Aushärten der auf der Modellform aufgetragenen Formmasse, um somit eine die Formmasse aufweisende Gussform mit einer geometrischen Form zu bilden, die zumindest teilweise einem Abdruck der Modellform entspricht oder mit dieser korrespondiert. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Bereitstellen der Gussform zur Herstellung eines metallischen Gussteils, beispielsweise eines Werkzeugs zur Herstellung eines Blechbauteils.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt in einem weiteren Schritt ein Auftragen der Formmasse auf die bereitgestellte Modellform mit unterschiedlichen Schichtdicken in unterschiedlichen Bereichen der Modellform.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein Einfüllen einer metallischen Schmelze in die Gussform. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Erstarren der metallischen Schmelze in der Vorrichtung, um somit das Gussteil herzustellen und in noch einem weiteren Schritt erfolgt ein Entfernen der Gussform vom Gussteil.
Mit anderen Worten ermöglicht die Formmasse und das Verfahren, kosten- und zeitaufwendige Formkokillen mit einer formbaren Kühlmasse zu ersetzen. Als Kühlmasse kommen insbesondere Stoffe infrage, die eine hohe Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit haben. Die thermische Beständigkeit der ausgehärteten Formmasse, das heißt der Vorrichtung, ist dabei ausreichend, um bei einem direkten Kontakt mit der 1350 °C heißen Schmelze ihre Form beizubehalten. Hierfür kann die Formmasse Metallteile in Form von Stahlkugeln aufweisen. Die Formmasse kann mithin als Stahl-Strahlmittel bezeichnet werden. Die Formmasse weist also Stahlkugeln als Grundmittel auf, deren Durchmesser vorzugsweise in einem eng definierten Größenbereich liegt. Ein Polyurethan-Isocyanat No-Bake Bindersystem, in das die Stahlkugeln eingebettet sind, bewirkt neben einer sehr guten Festigkeit für die ausgehärtete Formmasse auch eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit.
Das Strahlgut und die Teile des Bindersystems können chargenweise gemischt und in vorgegebener Schichtstärke auf das Modell aufgebracht werden. Nach dem Abguss, Abkühlen und Putzen wird das Gussteil, mechanisch bearbeitet und oberflächengehämmert. Ein solches Gussteil zeigt gegenüber mittels herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellten Gussteilen nach dem Oberflächenhämmern exzellente Ergebnisse.
Weitere Anwendungsgebiete der Formmasse und des Verfahrens können die Herstellung von Werkzeugen für die Aluminiumblech-Umformung sein. Dort ist es häufig erforderlich, dass die Werkzeuge im Bereich einer Teilform porenfrei sind, denn etwaige Poren würden sich auf dem zu bearbeitenden Blech abzeichnen.
Das Verfahren mit der formbaren Kühlmasse bzw. Formmasse kann beispielswiese bei der Herstellung von Ziehwerkzeugen für Automobilbleche zur Anwendung kommen. Auch sind Einsatzmöglichkeiten denkbar, bei denen das Oberflächenfinish der Wirkfläche mit dem maschinellen Oberflächenhämmern durchgeführt wird, beispielsweise zur Herstellung von Werkzeugen mit denen Aluminiumbleche umgeformt werden.
Das Verfahren ist durch die gute Formbarkeit der Formmasse flexibel einsetzbar. Die Formmasse kann den Ansprüchen an die Oberflächenqualität der Ziehwerkzeuge für Automobilbleche gerecht werden. Insbesondere werden immer höhere Ansprüche an die blechberührenden Oberflächen der Werkzeuge gestellt. Auf Grund dessen ist die Akzeptanz auch für kleinste Fehlstellen sehr gering. Diese Fehlstellen können durch den Einsatz der Formmasse vermieden werden. Weiterhin ist ein Einsatz der Formmasse an allen Bauteilen möglich, die eine starke Konturierung aufweisen und wenn der Einsatz von Standardkokillen, das heißt Vierkantstahlabschnitten mit verschiedenen Querschnitten und Längen zur gezielten Kühlung von Bauteilen, somit nicht möglich ist. Ein Anwendungsgebiet betrifft beispielsweise auch den allgemeinen Maschinenbau.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittansicht durch eine aushärtbare Formmasse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt das Auftragen einer aushärtbaren Formmasse auf eine Modellform gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gussteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt eine Unteransicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Gussteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt einen Formkasten zur Herstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Gussteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt einen Schnitt durch einen Formkasten zur Herstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Gussteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Gussteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Werden in der folgenden Figurenbeschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.
1 zeigt eine Querschnittansicht durch eine aushärtbare Formmasse 10. Die Formmasse 10 weist ein Bindersystem 12 und Metallteile 14 auf, wobei die Metallteile 14 in der Formmasse 10 in dem Bindersystem 12 eingebettet sind. Die Metallteile 14 weisen die Form von Metallkugeln auf, wobei die Metallkugeln beispielsweise einen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 3,2 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 mm und 2,2 mm aufweisen. 1 zeigt, dass die Metallteile 14 in dem Bindersystem verteilt angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, dass bestimmte Bereiche innerhalb der Formmasse 10 mit einem höheren Gehalt oder einer höheren Dichte an Metallteilen 14 versehen sind, wohingegen die Formmasse 10 in anderen Bereichen mit einem geringeren Gehalt oder einer geringeren Dichte an Metallteilen 14 versehen ist. Diejenigen Bereiche der Formmasse 10 mit höherem Gehalt oder höherer Dichte an Metallteilen 14 können dann eine größere Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit und damit größere Wärmeabfuhr ermöglichen als die Bereiche der Formmasse 10, deren Gehalt oder Dichte an Metallteilen 14 geringer ist.
Der Durchmesser der Metallteile 14 bzw. der Metallkugeln kann eine bestimmte Bandbreite aufweisen, was bedeutet, dass die Formmasse 10 einige Metallkugeln größeren Durchmessers und andere Metallkugeln geringeren Durchmessers aufweist. Eine größere Bandbreite an Kugeldurchmessern wirkt sich zum Beispiel vorteilhaft auf die Dichte der Formmasse 10 aus. Die kleineren Kugeln füllen die Zwischenräume der größeren Kugeln aus uns erhöhen somit die Dichte der Formmasse bzw. Kühlmasse wie dies in 1 zu erkennen ist. Durch die Einstellung der Bandbreite der Durchmesser kann die Wärmeleitung und/oder -kapazität der Formmasse 10 eingestellt werden. Beispielsweise kann eine höhere oder niedrigere Packungsdichte der Kugeln in der Formmasse durch Größenvariation oder unterschiedliche Anordnungen der Metallteile 14 innerhalb des Bindersystems eingestellt werden.
Das Bindersystem 12, welches die Metallteile einschließt bzw. umgibt, weist einen Binder, einen Härter und einen Katalysator auf. Die in 2 dargestellte Querschnittansicht kann ein beliebiger Schnitt durch die aushärtbare Formmasse 10 sowohl in einem formbaren Zustand als auch in einem ausgehärteten Zustand sein. Im formbaren Zustand der Formmasse 10 kann noch eine relative Verschiebung der Metallteile 14 zueinander erfolgen, wobei im ausgehärteten Zustand der Formmasse 10 die Metallteile 14 zueinander in dem Bindersystem 12 fixiert sind, so dass ein quasi eingefrorener Zustand der Metallteile 14 innerhalb der Formmasse 10 entsteht. Die Metallteile kleben insbesondere durch sog. Binderbrücken im Bindersystem aneinander.
2 zeigt das manuelle Auftragen per Hand einer aushärtbaren Formmasse 10 auf eine Modellform 30. 1. Die Formmasse 10 weist, wie mit Bezug auf 1 erläutert, das Bindersystem 12 sowie die Metallteile 14 auf, wobei die Metallteile 14 in der Formmasse 10 in dem Bindersystem 12 eingebettet sind.
2 zeigt die Formmasse 10 in einem ersten Zustand 11, in dem die Formmasse 10 als formbares Schüttgut ausgebildet ist. Beispielsweise liegt die Formmasse 10 als kohäsives Schüttgut, d.h. als zusammenhaltendes Schüttgut vor und weist eine sandartige Konsistenz auf, wobei die Partikel, das heißt Metallteile 14 der Formmasse 10 durch das Bindersystem 12 aneinanderhaften können. Die Formmasse 10 ist in dem ersten Zustand 11 eigenstabil und zerfällt nicht, ist jedoch per Hand formbar. Nach dem Auftragen der Formmasse 10 verbleibt diese auf einer Modellkontur 32 einer Modellform 30. Im ersten Zustand 11 ist die Formmasse 10 also an die Kontur 32 der Modellform 30 anpassbar.
3 zeigt eine Vorrichtung 20 zur Herstellung eines nicht dargestellten Gussteils. Die Vorrichtung weist wenigstens teilweise ein Gussformteil 23 auf, das aus der mit Bezug zu den 1 und 2 beschriebenen aushärtbaren Formmasse 10 gebildet ist.
Die Vorrichtung 20, welche das Gussformteil 23 aufweist, wird also durch die aushärtbare Formmasse 10 gebildet, insbesondere in einem zweiten Zustand 21, in dem die Formmasse 10 im ausgehärteten Zustand vorliegt. Dabei ist die ausgehärtete, das heißt im zweiten Zustand vorliegende Formmasse 10 nicht mehr per Hand formbar. In diesem zweiten Zustand 21 der Formmasse 10 ist die Vorrichtung 20 dazu ausgeführt, ihre Kontur 22 auch bei einer Temperatur von mindestens 1300 °C zumindest kurzzeitig beizubehalten. Damit kann die Vorrichtung 20 als Gussformteil 23 für metallische Schmelzen verwendet werden.
Das Gussformteil 23 weist also die Kontur 22 auf und ist zur Aufnahme einer Schmelze ausgebildet, wobei mit dem Gussformteil 23 das nicht dargestellte Gussteil herstellbar ist, das mit der Kontur 22 des Gussformteils 23 wenigstens teilweise korrespondiert. Das hergestellte Gussteil kann anschließend als Rohbauteil für ein Presswerkzeug zur Bearbeitung oder Umformung von Bleichteilen verwendet werden.
4 zeigt eine Unteransicht einer Vorrichtung 20 zur Herstellung des nicht dargestellten Gussteils. Dabei wurde die Modellform 30 bereits aus der Vorrichtung 20 entfernt. Die Vorrichtung 20 bzw. das Gussformteil 23 kann einen Hohlraum mit einem Zugang oder einer Öffnung aufweisen. Dieser Hohlraum der Vorrichtung 20 kann zur Aufnahme der metallischen Schmelze ausgebildet sein, so dass die metallische Schmelze während der Erstarrung in der Vorrichtung 20 die Form der Vorrichtung 20 annimmt. Dadurch nimmt eine Kontur des aus der metallischen Schmelze herzustellenden Gussteils zumindest teilweise die Kontur 22 der Vorrichtung 20 bzw. des Gussformteils 23 an.
5 zeigt einen Formkasten 40 zur Herstellung einer Vorrichtung 20 zur Herstellung eines Gussteils. Die Formmasse 10 kann im zweiten Zustand 21 die Vorrichtung 20 zur Herstellung des Gussteils bilden. Der Formkasten 40 ist ähnlich wie ein Container oder Behälter, der einseitig geöffnet ist, ausgebildet. Zur Herstellung der Vorrichtung 20 wird zunächst die Modellform 30 eingesetzt, welche in 5 von der Formmasse 10 verdeckt ist (vgl. 6). Ferner wird seitlich um die Modellform 30 herum ein Formsand 50 in den Formkasten eingebracht, so dass dieser Formsand 50 die Modellform 30 seitlich umgibt, wie dies in der Schnittansicht des Formkastens 40 in 6 zu erkennen ist. Die Formmasse 10 wird auf die Modellform 30 aufgebracht und an diese angeformt, so dass die Kontur 22 der ausgehärteten Formmasse 10, das heißt die Gussform, quasi eine Negativform der Modellform 30 bildet, um somit die Kontur 32 der Modellform 30 auf die Formmasse 10 abzubilden.
7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Gussteils. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf, die in der beschriebenen Reihenfolge oder aber auch in jeder beliebigen anderen Reihenfolge ausgeführt werden können. In einem Schritt S1 des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen einer Modellform 30 mit einer Kontur 32 für ein zu gießendes Bauteil. In einem weiteren Schritt S2 erfolgt ein Bereitstellen einer aushärtbaren Formmasse 10, die ein Bindersystem 12 und Metallteile 14 aufweist, wobei die Metallteile 14 in der Formmasse 10 in dem Bindersystem 14 eingebettet sind. Die Formmasse 10 wird in einem ersten Zustand 11 bereitgestellt, und von dem ersten Zustand 11 in einen zweiten Zustand 21 überführt, um eine Kontur 22 für eine Gussform 23 zu bilden. Die Formmasse 10 ist in dem ersten Zustand 11 an eine Kontur 32 der Modellform 30 anpassbar und die Formmasse 10 ist in dem zweiten Zustand 21 ausgehärtet. In einem weiteren Schritt S3 erfolgt ein Auftragen der Formmasse 10 auf die bereitgestellte Modellform 30 in dem ersten Zustand 11, wobei die Formmasse 10 an die Kontur 32 der Modellform 30 angepasst wird. In einem weiteren Schritt S4 erfolgt ein Aushärten der auf der Modellform 30 aufgetragenen Formmasse 10, um somit eine die Formmasse 10 aufweisende Gussform 23 mit einer geometrischen Form zu bilden, die zumindest teilweise einem Abdruck der Modellform 30 entspricht. In einem weiteren Schritt S5 erfolgt ein Bereitstellen der Gussform 23 zur Herstellung eines metallischen Gussteils.
In einem weiteren Schritt S3a erfolgt ein Auftragen der Formmasse 10 auf die bereitgestellte Modellform 30 mit unterschiedlichen Schichtdicken in unterschiedlichen Bereichen der Modellform 30.
In einem weiteren Schritt S6 erfolgt ein Einfüllen einer Schmelze in die Gussform 23 und in einem weiteren Schritt S7 erfolgt ein Erstarren der Schmelze in der Gussform 23, um somit das Gussteil herzustellen. In einem weiteren Schritt S8 erfolgt ein Entfernen der Gussform 23 vom Gussteil.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs für die Aluminiumblech-Umformung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen einer Modellform (30) mit einer Kontur (32) für ein zu gießendes Bauteil (S1); b) Bereitstellen einer aushärtbaren Formmasse (10), die ein Bindersystem (12) und Metallteile (14) aufweist; wobei die Metallteile (14) in der Formmasse (10) in dem Bindersystem (14) eingebettet sind (S2); wobei die Metallteile (14) als Metallkugeln ausgebildet sind, die gleichmäßig verteilt in dem Bindersystem angeordnet sind; wobei die Metallkugeln einen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 3,2 mm aufweisen, wobei die Formmasse (10) in einem ersten Zustand (11) bereitgestellt wird, und von dem ersten Zustand (11) in einen zweiten Zustand (21) überführbar ist, um eine Kontur (22) für eine Gussform (23) zu bilden; wobei die Formmasse (10) in dem ersten Zustand (11) an eine Kontur (32) der Modellform (30) anpassbar ist; wobei die Formmasse im ersten Zustand (11) als kohäsives Schüttgut vorliegt; wobei die Metallkugeln im ersten Zustand (11) durch das Bindersystem aneinanderhaften; und wobei die Formmasse (10) in dem zweiten Zustand (21) ausgehärtet ist; c) Auftragen der Formmasse (10) auf die bereitgestellte Modellform (30) in dem ersten Zustand (11), wobei die Formmasse (10) an die Kontur (32) der Modellform (30) angepasst wird (S3); d) Aushärten der auf der Modellform (30) aufgetragenen Formmasse (10), um somit eine die Formmasse (10) aufweisende Gussform (23) mit einer geometrischen Form zu bilden, die zumindest teilweise einem Abdruck der Modellform (30) entspricht (S4); und e) Bereitstellen der Gussform (23) zur Herstellung eines metallischen Gussteils (S5).
Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Schritt c) folgenden Schritt aufweist: Auftragen der Formmasse (10) auf die bereitgestellte Modellform (30) mit unterschiedlichen Schichtdicken in unterschiedlichen Bereichen der Modellform (30, S3a).
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren ferner aufweist: f) Einfüllen einer Schmelze in die Gussform (23, S6); und g) Erstarren der Schmelze in der Gussform (23), um somit das Gussteil herzustellen (S7); und h) Entfernen der Gussform (23) vom Gussteil (S8).