DE19707906A1 - Producing hollow metal moulds - Google Patents

Abstract

The method concerns production of hollow metal moulds or their parts and inserts which determine the mould contour. It is characterised by the following facts: a) the geometrical data for the mould or its parts and inserts is determined by the geometry and material of the castings to be produced by means of the mould, and cover division of the mould or its parts and inserts, the shrinkage of the casting material, and machining allowances; b) intermediate moulds as three-dimensional negatives of the required actual mould are produced; c) these intermediate moulds are made by sintering powder, granular or granulated materials, and are subsequently hardened; d) they are used to cast the required mould with a contour provided with a machining allowance; e) the mould casting thus produced is machined its final dimensions and surface quality

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Hohlformen entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung besteht in der Herstellung von metallischen Formen für das Druckgießen oder Umformen von Prototypen.The invention relates to a method for producing hollow metal molds accordingly the preamble of the main claim. A preferred area of application of the invention is in Manufacture of metal molds for die casting or forming prototypes.

Bei der Entwicklung von Druckgußteilen werden oft ab einem bestimmten Stadium Vorserien- Gießformen benötigt, mit denen eine größere Stückzahl von Prototypen aus dem Serienwerkstoff und nach dem Serienverfahren gefertigt werden können. Dies dient insbesondere zur Verringerung der Erprobungszeiten und zur Vermeidung von Anlaufschwierigkeiten bei der Aufnahme der Serienfertigung.When developing die-cast parts, pre-series Casting molds needed with which a larger number of prototypes from the series material and can be manufactured in series. This serves in particular for Reduction of trial times and to avoid start-up difficulties at the Start of series production.

Konventionelle Fertigungsverfahren für Druckgießformen, die auf der spanenden oder abtragenden Bearbeitung eines Materialblocks aus Warmarbeitsstahl basieren, sind extrem zeit- und kostenaufwendig. Durch Verwendung von unlegiertem Stahl kann der Zeit- und Kostenaufwand bei unverändertem Fertigungsverfahren erheblich gesenkt werden, wobei die Standzeit der Druckgießformen jedoch auf etwa 100 Abgüsse begrenzt ist.Conventional manufacturing processes for die casting molds based on the cutting or machining of a block of material made of hot-work steel are extremely time- and expensive. By using mild steel, the time and Costs can be significantly reduced with the same manufacturing process, the However, the service life of die casting molds is limited to around 100 castings.

Beiden Werkstoffvarianten haftet darüber hinaus folgender Nachteil an, wenn als Verfahrensfolge bei der Fertigung der konturgebenden Teile und Einsätze konventionelles Fräsen zum Schruppen und Vorschlichten sowie Hochgeschwindigkeitsfräsen zum Schlichten genutzt wird:Both material variants also have the following disadvantage, if as a process sequence conventional milling for roughing in the production of contouring parts and inserts and pre-finishing as well as high-speed milling is used for finishing:

Ein effektiver Einsatz des Hochgeschwindigkeitsfräsens setzt ein weitestgehend gleiches Aufmaß auf allen konturgebenden Oberflächenelementen der Einsätze voraus. Nur dann ist gewährleistet, daß unter Beachtung zulässiger Beanspruchung der Fräswerkzeuge eine gleichmäßig hohe Qualität der Oberfläche erreicht wird. Diese Voraussetzung kann derzeit mit den Fräsverfahren, die dem Hochgeschwindigkeitsfräsen vorgeschaltet sind, nur unzureichend geschaffen werden. Somit treffen die Hochgeschwindigkeitsfräser ständig auf unterschiedliche zu zerspanende Restwerkstoffmengen. Es ist damit meist erforderlich, die Spanleistung zu verringern, um ein Brechen der Fräser zu verhindern, sowie die Zahl der Vorschlichtvorgänge zu erhöhen. Insgesamt führt dies neben der höheren Fertigungszeit auch zu einer unterschiedlichen, vom möglichen Optimum abweichenden Oberflächenqualität. Darüber hinaus kann es notwendig sein, bei komplizierten Geometrien der konturgebenden Flächen zumindest Teilbereiche mittels Erodieren herzustellen, was z. B. für Hohlformen mit großem Höhen-/Breiten-Verhältnis zutrifft. Hierdurch wird der Zeit- und Kostenaufwand zusätzlich erhöht.An effective use of high-speed milling implies an almost identical allowance on all contouring surface elements of the inserts ahead. Only then is it guaranteed that taking into account the permissible stress on the milling tools a uniformly high Surface quality is achieved. This requirement can currently be met with the milling process, that are upstream of high-speed milling can only be created inadequately. Thus, the high-speed milling cutters constantly encounter different ones to be machined Residual material quantities. It is usually necessary to reduce the chip power in order to Prevent milling cutters from breaking and increase the number of pre-finishing operations. All in all In addition to the longer production time, this also leads to a different, possible Optimal deviating surface quality. In addition, it may be necessary to complicated geometries of the contouring surfaces at least partial areas by means of eroding produce what z. B. applies to hollow shapes with a large height / width ratio. Hereby the time and cost expenditure is additionally increased.

Ein anderer Nachteil konventioneller spangebender Fertigungsverfahren wird bei der Fertigung von metallischen Hohlformen deutlich, die Hohlräume aufweisen sollen. Dies betrifft z. B. die Fertigung von funktionell optimal gestalteten nicht-formgebenden Hohlräumen oder weitgehend geschlossenen Kanälen in Druckgießformen. Solche nicht-formgebenden Hohlräume bzw. Kanäle können insbesondere Kühl- oder Heizkanäle sein oder Hohlräume, die Sensoren und/oder Aktoren für die Steuerung des Gießprozesses aufnehmen. Mit spangebenden Fertigungsverfahren können typischerweise nur Kanäle hergestellt werden, die zumindest abschnittsweise geradlinig sind und einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Die Auslegung von funktionell optimal gestalteten Kühl- oder Heizkanälen in Druckgießformen erfordert jedoch, daß diese Kanäle hinsichtlich Lage, Abmessung und Gestalt wesentlich freizügiger dimensioniert werden können, z. B. als bogenförmiger Kanal mit variabler Krümmung und variablem Querschnitt. Dies führt z. B. zu der Forderung, die genannten Kanäle annähernd äquidistant zur formgebenden Kontur der Druckgießform verlaufen zu lassen sowie Größe und Form des Kanalquerschnitts an die vorgegebenen Wärmeübertragungsbedingungen anzupassen.Another disadvantage of conventional metal cutting manufacturing processes is in manufacturing of metallic hollow shapes that should have cavities. This affects e.g. B. the Manufacture of functionally optimally designed non-shaping cavities or largely closed channels in die casting molds. Such non-shaping cavities or channels  can in particular be cooling or heating channels or cavities, the sensors and / or Include actuators for controlling the casting process. With cutting manufacturing processes typically only channels can be produced that are straight at least in sections are and have a circular cross section. The design of functionally optimal designed cooling or heating channels in die casting molds, however, requires that these channels can be dimensioned much more freely in terms of location, dimensions and shape, e.g. B. as an arcuate channel with variable curvature and variable cross-section. This leads e.g. B. to the requirement that the channels mentioned are approximately equidistant from the shape of the contour Die casting mold to run and size and shape of the channel cross-section to the to adapt to predetermined heat transfer conditions.

Um die notwendigen Zwischenschritte bei Verfahren zur Erzeugung von Werkzeugkonturen für die Prototypenherstellung aus Kunststoffen und Elastomeren zu reduzieren, ist es z. B. gemäß DE 44 31 985 bekannt, diese Werkzeugkonturen unter Verwendung stereolithographischer Verfahren zu erzeugen. Hierzu werden zunächst von einem vorgegebenen Muster des zu fertigenden Teils computertechnisch Raumkoordinaten ermittelt. Danach erfolgt eine Korrektur dieser Werte zur Kompensierung des Volumenschwundes der zu verarbeitenden Kunststoffe, anschließend die räumliche Festlegung von Formteilungsebene sowie notwendiger Freiräume für Angußsystem, Auswerferelemente und Einlegeteile. Mit diesen Geometriedaten wird danach auf stereolithographischem Weg ein Formkonturmuster erzeugt. Durch Umgießen des Formkonturmodells mit Hochleistungsverbundwerkstoffen entstehen temperatur- und druckbelastbare Formkonturen für Spritzgießmaschinen, Pressen u. dgl.To the necessary intermediate steps in processes for generating tool contours for To reduce the prototype production from plastics and elastomers, it is z. B. according DE 44 31 985 discloses these tool contours using stereolithographic methods to create. For this purpose, first of all a given sample of the part to be manufactured Computer coordinates determined spatial coordinates. These values are then corrected for Compensation for the shrinkage in volume of the plastics to be processed, then the spatial definition of the mold division level as well as the necessary free space for the sprue system, Ejector elements and inserts. With this geometry data is then on stereolithographic path creates a shape contour pattern. By pouring the Shape contour model with high-performance composite materials arise temperature and pressure-resistant mold contours for injection molding machines, presses and. the like

Weiterhin ist es gemäß DE 44 10 046 bekannt, ein Feinguß-Urmodell durch Lasersintern herzustellen. Ein ähnliches Konzept beschreibt die DE 44 18 466 zur Herstellung verlorener Formen und Kerne für den Gießereieinsatz. Letzlich wird mit den beiden vorgenannten Verfahren jedoch nur die Phase der Modellherstellung für das Feingieß-Verfahren bzw. die Phase der Form- und Kernherstellung für das Gießen unter Schwerkrafteinfluß verbessert.Furthermore, according to DE 44 10 046, it is known to use an investment casting master model by laser sintering to manufacture. A similar concept is described in DE 44 18 466 for the production of lost ones Molds and cores for foundry use. Ultimately, the two above However, the process only involves the phase of model production for the investment casting process or the phase improved mold and core manufacturing for gravity casting.

Gemäß EP 0104839 ist es auch bekannt, Metallformen mittels Metallschmelzspritzen herzustellen. Der Herstellungsprozeß besteht aus folgenden Schritten: ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt wird auf ein erstes Modell gespritzt, um eine Negativ-Form zu erzeugen. Danach wird das erste Modell entfernt und die Negativ-Form mit flüssigem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt gefüllt, um das zweite Modell zu erzeugen. Nun wird ein Metall mit hohem Schmelzpunkt auf dieses zweite Modell gespritzt und dieses zweite Modell entfernt, indem es auf Schmelztemperatur erhitzt wird. Die konturgebenden Flächen der fertigen Gießform bestehen somit aus gespritztem Metall mit hohem Schmelzpunkt. Aufgrund der zahlreichen Fertigungsschritte ist dieses Verfahren jedoch äußerst aufwendig, so daß es nicht in größerem Umfang angewendet wird. According to EP 0104839, it is also known to produce metal molds by means of molten metal spraying. The manufacturing process consists of the following steps: a metal with a low melting point is sprayed onto a first model to create a negative shape. After that, the first one Model removed and the negative mold filled with liquid metal with low melting point, to create the second model. Now a metal with a high melting point is placed on this second model is injected and this second model is removed by bringing it to melting temperature is heated. The contouring surfaces of the finished mold are made of sprayed High melting point metal. This process is due to the numerous manufacturing steps however extremely expensive, so that it is not used on a larger scale.  

In jüngster Zeit wurde bekannt, daß mit Laser-Sinterverfähren unter Verwendung von extrem feinkörnigem Stahlpulver direkt einsatzfähige Werkzeugeinsätze für Spritzgießformen hergestellt werden können (Gießerei 83 (1996) Nr. 23, S 26). Hierzu werden die mittels Laser-Sintern erzeugten Grünlinge zunächst mit einem flüssigem Polymer getränkt und in einem Wärmeofen nachvernetzt. In nachfolgenden Verfahrensschritten werden die Grünlinge kontrolliert versintert, wobei der Kunststoff vergast und die Bauteile schrumpfen. Anschließend werden die porösen Bauteile mit einer flüssigen Kupferlegierung infiltriert, wodurch ein dichtes Bauteil entsteht, das nach entsprechender Nacharbeit wie Feinerodieren und Polieren in Vorserien-Formen für Magnesium- bzw. Aluminium-Druckgußteile einsetzbar ist.It has recently become known that laser sintering processes using extremely fine-grained steel powder directly manufactured tool inserts for injection molds can be (Gießerei 83 (1996) No. 23, p. 26). This is done by means of laser sintering produced green compacts first soaked with a liquid polymer and in a heating oven post-crosslinked. In the subsequent process steps, the green compacts are sintered in a controlled manner, whereby the plastic gasifies and the components shrink. Then the porous Components are infiltrated with a liquid copper alloy, creating a dense component that after appropriate reworking such as fine eroding and polishing in pre-series molds for Magnesium or aluminum die-cast parts can be used.

Die Festigkeitseigenschaften der mit diesem Verfahren hergestellten konturgebenden Teile entsprechen etwa denen von Aluminiumlegierungen. Dies begrenzt das Einsatzgebiet des Verfahrens. Insbesondere sind mit diesem Verfahren keine Hohlformen herstellbar, die etwa die Festigkeitseigenschaften von Eisenwerkstoffen erreichen.The strength properties of the contouring parts produced with this method correspond approximately to those of aluminum alloys. This limits the area of application of the Procedure. In particular, no hollow molds can be produced with this method, such as the Achieve strength properties of ferrous materials.

Insofern besteht unverändert ein Bedarf an einem kostengünstigen Verfahren zur Herstellung von metallischen Hohlformen oder ihrer konturgebenden Teile und Einsätze.In this respect, there continues to be a need for an inexpensive method for producing metallic hollow shapes or their contouring parts and inserts.

Insbesondere besteht unverändert ein Bedarf an einem kostengünstigen Verfahren zur Herstellung von Hohlformen aus Eisenwerkstoffen wie Gießformen für den Druckguß von metallischen Prototypen oder Hohlformen für andere Fertigungsverfahren, wie Umformwerkzeuge und dergleichen.In particular, there continues to be a need for an inexpensive method of manufacture of hollow forms made of ferrous materials such as casting molds for the die casting of metallic Prototypes or molds for other manufacturing processes such as forming tools and the like.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Hohlformen oder ihrer konturgebenden Teile und Einsätze aus Gußwerkstoffen zu schaffen, das die Vorteile bekannter Sinterverfahren bei der Herstellung von Bauteilen mit komplizierter Geometrie nutzt, ohne auf den Einsatz solcher Werkstoffe für diese Hohlformen verzichten zu müssen, deren Festigkeitseigenschaften denen von Eisenwerkstoffen entsprechen. Ein spezieller Aspekt dieser Aufgabe besteht darin, daß mit dem Verfahren auch metallische Hohlformen, konturgebende Teile und Einsätze, insbesondere Druckgießformen herstellbar sein sollen, die Hohlräume mit nicht-formgebender Funktion enthalten, deren Lage, Abmessung und Gestalt weitgehend frei dimensionierbar ist. Dies betrifft z. B. Kühl- oder Heizkanäle mit insbesondere variabler Krümmung, Hohlräume für die Aufnahme von Sensoren usw. Insbesondere soll es das Verfahren ermöglichen, Kühl- oder Heizkanäle in Druckgießformen herzustellen, die äquidistant zur formgebenden Kontur der Druckgießform verlaufen.The invention has for its object a method for producing metallic To create hollow shapes or their contouring parts and inserts from cast materials, the the advantages of known sintering processes in the manufacture of components with complicated Geometry uses without having to do without the use of such materials for these hollow shapes must, whose strength properties correspond to those of iron materials. A special one Aspect of this task is that the process also uses hollow metal molds, Contouring parts and inserts, in particular die casting molds should be able to be produced Contain cavities with a non-shaping function, their location, dimensions and shape is largely freely dimensionable. This affects e.g. B. cooling or heating channels with in particular variable curvature, cavities for receiving sensors, etc. In particular, it should Processes enable the production of cooling or heating channels in die casting molds that are equidistant run to the shaping contour of the die.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method according to the characteristic of Main claim solved.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht demnach darin, daß mittels Abguß von im Sinterverfahren hergestellten Zwischenformen solche Ausgangsformen für die metallischen Hohlformen oder ihre konturgebenden Teile und Einsätze hergestellt werden, die nur ein geringes Aufmaß auf die Endabmessungen dieser Hohlformen oder ihrer konturgebenden Teile und Einsätze in Form einer annähernd äquidistante Materialschicht aufweisen. Dadurch wird es möglich, dieses Aufmaß bei der Endbearbeitung bevorzugt mittels Hochgeschwindigkeitsfräsens abzuarbeiten.The basic principle of the invention is therefore that by casting in Intermediate forms produced such sintering processes for the metallic  Hollow molds or their contouring parts and inserts are made that are only minor Measurement of the final dimensions of these hollow shapes or their contouring parts and Have inserts in the form of an approximately equidistant material layer. It will possible, this oversize during finishing preferably by means of high-speed milling to process.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Laser-Sintern von Werkzeugeinsätzen besteht in der größeren Auswahlmöglichkeit unter verschiedenen Werkstoffen zur Herstellung der Hohlformen. Deshalb sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere Prototypen-Druckgießformen herstellbar, die bezüglich ihrer Festigkeitseigenschaften und Standzeit den mittels Laser-Sintern erzeugten Druckgießformen überlegen sind. Dies gilt insbesondere beim Einsatz von Gußeisen mit Kugelgraphit als Werkstoff für die herzustellenden Hohlformen.The main advantage of the method according to the invention over laser sintering of Tool inserts consist of a larger choice of different materials for the production of the hollow forms. Therefore, with the method according to the invention in particular prototype die casting molds that can be produced with regard to their Strength properties and service life of the die casting molds produced by laser sintering are superior. This is especially true when using cast iron with nodular graphite as the material for the hollow molds to be produced.

Gegenüber den konventionellen Verfahren, bei denen die Druckgießformen im wesentlichen aus dem vollen Material gefräst werden, ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentliche Verkürzung der Bearbeitungszeit möglich. Diese Zeiteinsparung resultiert daraus, daß sich die Kontur der Ausgangsformen für die metallischen Hohlformen oder ihre konturgebenden Teile und Einsätze von der Sollkontur im wesentlichen nur durch eine etwa äquidistante Materialschicht unterscheidet. Die Bearbeitungsschritte Schruppen und Vorschlichten entfallen daher. Damit liegen, insbesondere mit dem Einsatz von Gußeisen mit Kugelgraphit als Werkstoff für die herzustellenden Hohlformen, ausgezeichnete Voraussetzungen für eine Abarbeitung dieser Materialschicht mittels Hochgeschwindigkeitsfräsens vor. Zugleich ermöglicht es der Einsatz des Hochgeschwindigkeitsfräsens, die erforderliche Oberflächenqualität zu erreichen.Compared to the conventional process, in which the die casting molds are essentially made of the entire material is milled is an essential with the inventive method Shortening the processing time possible. This time saving results from the fact that the Contour of the initial shapes for the metallic hollow shapes or their contouring parts and Inserts from the target contour essentially only through an approximately equidistant material layer differs. The machining steps of roughing and semi-finishing are therefore no longer necessary. This lies, in particular, with the use of spheroidal graphite cast iron as a material for the hollow molds to be produced, excellent prerequisites for processing these Material layer using high-speed milling. At the same time, the use of the High-speed milling to achieve the required surface quality.

Ein weiterer Vorteil gegenüber den konventionellen Verfahren besteht darin, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Druckgießformen herstellbar sind, die bereits Hohlräume mit nicht­ formgebender Funktion enthalten, deren Lage, Abmessung und Gestalt weitgehend frei dimensionierbar ist. Ohne das Erfordernis einer aufwendigen spanenden Bearbeitung sind daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Druckgießformen mit Kühl- oder Heizkanälen herstellbar, die z. B. äquidistant zur formgebenden Kontur der Druckgießform verlaufend und deren Krümmung insbesondere variabel sein kann.Another advantage over the conventional methods is that with the The inventive method die casting molds can be produced that do not already have cavities Formative function included, their location, dimensions and shape largely free is dimensionable. Therefore, without the need for complex machining die casting molds with cooling or heating channels can be produced using the method according to the invention, the z. B. running equidistant to the shape of the die and its shape Curvature can in particular be variable.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele für die Herstellung einer Druckgießform näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung dient zur Veranschaulichung der einzelnen Phasen des Verfahrens. In einer stark schematisierten Darstellung zeigtThe method according to the invention is described below using two exemplary embodiments for the Manufacture of a die casting mold explained in more detail. The associated drawing is used for Illustration of the individual phases of the procedure. In a highly schematic Representation shows

Fig. 1a die Kontur eines Fertigteils, Fig. 1a, the contour of a finished part,

Fig. 1b die vom Fertigteil (Fig. 1a) abgeleitete Kontur des Rohteils, FIG. 1b from the finished part (Fig. 1a) derived contour of the blank,

Fig. 1c die vom Rohteil (Fig. 1b) abgeleitete Geometrie der Druckgießform, Fig. 1c by the blank (Fig. 1b) derived geometry of the die,

Fig. 1d die Geometrie der Druckgießform mit einem Aufmaß auf den konturbildenden Teilen entsprechend der äquidistanten Materialschicht gem. Fig. 2c, FIG. 1d, the geometry of the die in accordance with an allowance on the contour-forming portions corresponding to the equidistant material layer. Fig. 2c,

Fig. 2a eine mittels Laser-Sintern hergestellte Zwischenform, FIG. 2a is a produced by means of laser-sintering intermediate form,

Fig. 2b die mit Gußwerkstoff gefüllte Zwischenform aus Fig. 2a, Fig. 2b filled with casting material intermediate form of Fig. 2a,

Fig. 2c die Lage der äquidistanten Materialschicht an der als Abguß der Zwischenform erhaltenen Ausgangsform für die Hohlform, Fig. 2c, the position of the material layer at the equidistant obtained as the casting of the intermediate mold starting shape for the hollow mold,

Fig. 3a die Kontur der fertigen Druckgußform, Fig. 3a shows the contour of the finished molding die,

Fig. 3b die Kontur des Druckguß-Rohteils Fig. 3b, the contour of the die-cast blank

Fig. 4a die Geometrie der vom Rohteil (Fig. 1b) abgeleiteten Druckgießform mit der Geometrie des integrierten Heiz-/Kühlkanals, Fig. 4a, the geometry of the blank (Fig. 1b) derived geometry of the die with the integrated heating / cooling passage,

Fig. 4b die Geometrie der Druckgießform mit der Geometrie des integrierten Heiz-/Kühlkanals sowie einem Aufmaß auf den konturbildenden Teilen entsprechend der äquidistanten Materialschicht gem. Fig. 5c, FIG. 4b, the geometry of the die in accordance with the geometry of the integrated heating / cooling channel and an allowance on the contour-forming portions corresponding to the equidistant material layer. Fig. 5c

Fig. 5a eine mittels Laser-Sintern hergestellte Zwischenform mit integriertem Kern für den Heiz-/Kühlkanal, FIG. 5a is a produced by means of laser sintering the intermediate mold with an integrated core for the heating / cooling channel,

Fig. 5b die mit Gußwerkstoff gefüllte Zwischenform aus Fig. 5a, Fig. 5b filled with casting material intermediate form of FIG. 5a,

Fig. 5c die Lage der äquidistanten Materialschicht an der als Abguß der Zwischenform aus Fig. 5a erhaltenen Ausgangsform für die Hohlform, Fig. 5c the situation of equidistant material layer on the casting as the intermediate form of FIG. 5a obtained starting shape for the hollow mold,

Fig. 6 die Kontur der fertigen Druckgußform mit integriertem Kern für den Heiz-/Kühlkanal. Fig. 6 shows the contour of the finished die with an integrated core for the heating / cooling channel.

Anhand der Geometriedaten eines Rohteils (Fig. 1b), die auf den Geometriedaten des Fertigteils (Fig. 1a) basieren, werden die Geometriedaten der Druckgießform (Fig. 1c) als "räumliches Negativ" des Rohteils ermittelt. Im Bereich der konturbildenden Teile müssen die Geometriedaten der Druckgießform entsprechend der Erfindung durch ein zusätzliches Aufmaß modifiziert werden (in Fig. 1d schraffiert dargestellt), um auf dem Abguß (Fig. 2c) der Zwischenform (Fig. 2a) die Ausbildung einer äquidistanten Materialschicht zu gewährleisten. Die Geometriedaten der gemäß der Erfindung herzustellenden Zwischenform (Fig. 2a) werden daher aus diesen so modifizierten Geometriedaten der Druckgießform (Fig. 1d) ermittelt.Based on the geometry data of a blank ( FIG. 1b), which are based on the geometry data of the finished part ( FIG. 1a), the geometry data of the die casting mold ( FIG. 1c) are determined as the "spatial negative" of the blank. In the area of the contour-forming parts, the geometric data of the die casting mold according to the invention must be modified by an additional allowance (shown hatched in Fig. 1d) in order to form an equidistant material layer on the cast ( Fig. 2c) of the intermediate mold ( Fig. 2a) guarantee. The geometry data of the intermediate mold to be produced according to the invention ( FIG. 2a) are therefore determined from these modified geometry data of the die-casting mold ( FIG. 1d).

Alternativ ist es auch möglich, aus den unmodifizierten Geometriedaten der Druckgießform (Fig. 1c) zunächst vorläufige Geometriedaten der gemäß der Erfindung herzustellenden Zwischenform zu bestimmen. Diese vorläufige Geometriedaten können dann durch das Aufmaß modifiziert werden, das zur Ausbildung einer äquidistanten Materialschicht (in Fig. 2c schraffiert dargestellt) auf dem Abguß der Zwischenform nötig ist.Alternatively, it is also possible to first determine preliminary geometric data of the intermediate shape to be produced according to the invention from the unmodified geometry data of the die-casting mold ( FIG. 1c). This preliminary geometry data can then be modified by the allowance required to form an equidistant material layer (hatched in FIG. 2c) on the cast of the intermediate mold.

Die Zwischenform (Fig. 2a) wird in einer Laser-Sinteranlage hergestellt und für den Abguß (Fig. 2b) vorbereitet. Mit diesem Abguß soll ein Gußrohling (Fig. 2c) der Kontur der Druckgießform hergestellt werden. Der verwendete metallische Gußwerkstoff soll sowohl eine gute Vergießbarkeit und Spanbarkeit als auch eine ausreichende Standzeit der herzustellenden Druckgießform gewährleisten. Als erfindungsgemäßes Charakteristikum weist der Gußrohling (Fig. 2c) der Kontur der Druckgießform eine etwa äquidistanten Materialschicht auf (in Fig. 2c schraffiert dargestellt), die sehr vorteilhaft mittels Hochgeschwindigkeitsfräsens auf Endmaß und erforderliche Oberflächenqualität bearbeitet wird.The intermediate form ( Fig. 2a) is produced in a laser sintering system and prepared for the casting ( Fig. 2b). With this casting, a casting blank ( Fig. 2c) of the contour of the die is to be produced. The metallic casting material used should ensure good castability and machinability as well as a sufficient service life of the die to be produced. As a characteristic according to the invention, the casting blank ( FIG. 2c) of the contour of the die casting mold has an approximately equidistant material layer (shown hatched in FIG. 2c), which is very advantageously machined to the final dimension and required surface quality by means of high-speed milling.

Aus den so erhaltenen Teilen kann die Prototypen-Druckgießform (Fig. 3a) gefügt werden. Deren Abguß mit dem Serienwerkstoff liefert das erwünschte Rohteil (Fig. 3a).The prototype die ( Fig. 3a) can be assembled from the parts obtained in this way. Their casting with the series material provides the desired blank ( Fig. 3a).

Das zweite Ausführungsbeispiel (Fig. 4a bis Fig. 6) betrifft die Herstellung einer Prototypen- Druckgießform, die einen Hohlraum in Form eines integrierten Heiz-/Kühlkanals enthält. Das mit dieser Variante zu fertigende Rohteil ist mit dem in Fig. 1b dargestellten Rohteil identisch. Die in Fig. 4a dargestellte, als CAD-Daten vorliegende Geometrie der Druckgießform enthält als Geometrie-Objekte die die beiden Formhälften 1 und 2, wobei die Formhälfte 2 einen integrierten Heiz-/Kühlkanal 3 aufweist. Um auf dem Abguß (Fig. 5c) der Zwischenform (Fig. 5a) die Ausbildung einer für den Einsatz des Hochgeschwindigkeitsfräsens notwendigen äquidistanten Materialschicht zu gewährleisten, müssen die Geometriedaten der Druckgießform im Bereich der konturbildenden Teile durch das zusätzliche Aufmaß 4 modifiziert werden (in Fig. 4b schraffiert dargestellt).The second embodiment (Fig. 4a to Fig. 6) relates to the production of a prototype die that contains a cavity in the form of an integrated heating / cooling channel. The blank to be produced with this variant is identical to the blank shown in FIG. 1b. The geometry of the die, shown as CAD data, shown in FIG. 4a, contains the two mold halves 1 and 2 as geometry objects, the mold half 2 having an integrated heating / cooling channel 3 . In order to ensure the formation of an equidistant material layer necessary for the use of high-speed milling on the cast ( FIG. 5c) of the intermediate mold ( FIG. 5a), the geometric data of the die casting mold in the area of the contour-forming parts must be modified by the additional allowance 4 (in FIG . hatched 4b).

Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren notwendige, in einer Laser-Sinteranlage hergestellte zweiteilige Zwischenform (Fig. 5a) besteht aus den beiden Zwischenformen 5 und 6 für die Formhälften 1 und 2. Die Zwischenform 6 weist zusätzlich einen ebenfalls lasergesinterten Kern 7 für einen Heiz-/Kühlkanal der zu fertigenden Druckgießform auf Fig. 5a versteht sich als stark schematisierte Darstellung, da am Kern 7 in Abhängigkeit von den konkreten Anwendungsbedingungen z. B. auch Mittel angeordnet sein können, die seine Lage stabilisieren. Die Zwischenform gemäß Fig. 5a wird nach entsprechender Vorbereitung mit einem metallischen Gußwerkstoff abgegossen, der in Fig. 5b das Bezugszeichen 8 erhält. Mit diesem Abguß wird ein Gußrohling (Fig. 5c) der Druckgießform hergestellt, die aus den beiden Formhälften 9 und 10 besteht. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß bereits der Gußrohling der Formhälfte 10 einen Heiz-/Kühlkanal 11 mit einer relativ komplizierten Geometrie aufweist, die mit konventionellen spanenden Fertigungsverfahren nicht herstellbar ist. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Gußrohling der Druckgießform (Fig. 5c) entlang der Kontur der Druckgießform eine etwa äquidistanten Materialschicht auf (in Fig. 5c schraffiert dargestellt), die sehr vorteilhaft mittels Hochgeschwindigkeitsfräsens auf Endmaß und erforderliche Oberflächenqualität bearbeitet wird. Aus den so erhaltenen Teilen kann die Prototypen-Druckgießform (Fig. 6) gefügt werden.The two-part intermediate mold ( FIG. 5a) produced according to the method according to the invention and produced in a laser sintering system consists of the two intermediate molds 5 and 6 for the mold halves 1 and 2 . The intermediate mold 6 additionally has a likewise laser-sintered core 7 for a heating / cooling duct of the die to be produced on FIG. 5a is a highly schematic illustration, since the core 7 , depending on the specific application conditions, e.g. B. can also be arranged means that stabilize its position. The intermediate form of FIG. 5a is poured after appropriate preparation with a metallic cast material, which receives the reference numeral 8 in Fig. 5b. With this casting a casting blank ( Fig. 5c) of the die is made, which consists of the two mold halves 9 and 10 . A major advantage of the method according to the invention is that the casting blank of the mold half 10 already has a heating / cooling channel 11 with a relatively complicated geometry that cannot be produced using conventional machining production methods. Analogous to the first exemplary embodiment, the casting blank of the die casting mold ( FIG. 5c) has an approximately equidistant material layer along the contour of the die casting mold (shown hatched in FIG. 5c), which is very advantageously machined to the final dimension and required surface quality by means of high-speed milling. The prototype die ( Fig. 6) can be assembled from the parts thus obtained.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von metallischen Hohlformen oder ihrer konturgebenden Teile und Einsätze aus Gußwerkstoffen, einschließlich ihrer funktionell notwendigen, nicht-formgebenden Hohlräume wie Kühl- und/oder Heizkanäle, insbesondere zur Herstellung von Gießformen für den Druckguß von metallischen Prototypen sowie für die Fertigung von Kunststoff-, Glas- oder Keramik-Teilen oder von Hohlformen für andere Fertigungsverfahren, wie Umformwerkzeuge und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß

• I) die Geometriedaten der metallischen Hohlformen oder ihrer konturgebenden Teile und Einsätze einschließlich ihrer funktionell notwendigen, nicht-formgebenden Hohlräume wie Kühl- und/oder Heizkanäle entsprechend den vorgegebenen Geometrie- und Werkstoffdaten der Rohteile bestimmt werden, die mittels der Hohlformen gegossen, umgeformt oder anderweitig bearbeitet werden, wobei die Geometriedaten der Hohlformen oder ihrer konturgebenden Teile und Einsätze insbesondere berücksichtigen
• a) die Teilung der Hohlformen und ihrer Einsätze entsprechend bekannten technologischen Grundsätzen sowie den Fertigungsmöglichkeiten von Zwischenformen gemäß Schritt H)
• b) die Schwindmaße für den Gußwerkstoff der Rohteile und/oder
• c) ein Aufmaß für die Bearbeitung der gegossenen, umgeformten oder anderweitig bearbeiteten Rohteile,
• d) den Verlauf funktionell notwendiger, nicht-formgebender Hohlräume wie Kühl- und/oder Heizkanäle
• II) Zwischenformen vorgesehen sind, deren Abguß die Ausgangsformen für die metallischen Hohlformen oder ihre konturgebenden Teile und Einsätze gemäß Ziff. I liefern, und die Geometriedaten der Zwischenformen entsprechend den Geometrie- und Werkstoffdaten der vorgenannten Ausgangsformen bestimmt werden, wobei die Geometriedaten der Zwischenformen insbesondere berücksichtigen
• a) die Maßänderung der Zwischenformen im Verlauf ihrer Herstellung gemäß Schritt III,
• b) die Schwindmaße für den gemäß Schritt IV verwendeten Gußwerkstoff und/oder
• c) ein Aufmaß für die Bearbeitung der Ausgangsformen, das einer gegenüber der Sollkontur der metallischen Hohlformen oder ihrer konturgebenden Teile und Einsätze etwa äquidistanten Materialschicht entspricht,
• d) den Verlauf funktionell notwendiger, nicht-formgebender Hohlräume wie Kühl- und/oder Heizkanäle
• III) die Zwischenformen entsprechend den im Schritt II ermittelten Geometriedaten mittels Sintern von pulverförmigem, körnigem oder granuliertem Formstoff und nachfolgender Härtung hergestellt werden, wobei der Formstoff so auszuwählen ist, daß er der Beanspruchung durch mindestens einmaliges Abgießen mit dem gemäß Schritt IV verwendeten Gußwerkstoff standhält,
• IV) die Zwischenformen mit einem metallischen Gußwerkstoff abgegossen werden, der sowohl eine gute Vergießbarkeit und Spanbarkeit als auch eine ausreichende Standzeit der herzustellenden metallischen Hohlformen oder ihrer konturgebenden Teile und Einsätze sichert, und
• V) die im vorhergehenden Schritt erhaltenen Ausgangsformen auf Endmaß und erforderliche Oberflächenqualität bearbeitet und aus ihnen die Hohlform gefügt wird.

1. A process for the production of hollow metal molds or their contouring parts and inserts made of cast materials, including their functionally necessary, non-shaping cavities such as cooling and / or heating channels, in particular for the production of molds for the die casting of metallic prototypes and for the production of Plastic, glass or ceramic parts or of hollow molds for other manufacturing processes, such as forming tools and the like, characterized in that

• I) the geometrical data of the metallic hollow molds or their contouring parts and inserts including their functionally necessary, non-shaping cavities such as cooling and / or heating channels are determined according to the given geometry and material data of the raw parts, which are cast, formed or otherwise by means of the hollow molds are processed, taking particular account of the geometry data of the hollow molds or their contouring parts and inserts
• a) the division of the hollow molds and their inserts according to known technological principles as well as the manufacturing possibilities of intermediate molds according to step H)
• b) the shrinkage for the cast material of the raw parts and / or
• c) an allowance for processing the cast, formed or otherwise machined raw parts,
• d) the course of functionally necessary, non-shaping cavities such as cooling and / or heating channels
• II) intermediate molds are provided, the casting of which is the starting mold for the hollow metal molds or their contouring parts and inserts in accordance with para. I deliver, and the geometry data of the intermediate forms are determined in accordance with the geometry and material data of the aforementioned starting forms, the geometry data of the intermediate forms being taken into account in particular
• a) the dimensional change of the intermediate forms in the course of their manufacture according to step III,
• b) the shrinkage for the casting material used in step IV and / or
• c) an oversize for the machining of the initial shapes, which corresponds to an approximately equidistant material layer compared to the target contour of the metallic hollow shapes or their contouring parts and inserts,
• d) the course of functionally necessary, non-shaping cavities such as cooling and / or heating channels
• III) the intermediate molds are produced in accordance with the geometric data determined in step II by sintering powdery, granular or granulated molding material and subsequent hardening, the molding material being selected so that it withstands the stress caused by casting at least once with the casting material used in step IV,
• IV) the intermediate molds are cast with a metallic casting material, which ensures good castability and machinability as well as a sufficient service life of the hollow metal molds to be produced or their contouring parts and inserts, and
• V) the initial shapes obtained in the previous step are machined to the final dimension and required surface quality and the hollow shape is joined from them.

2. Verfahren zur Herstellung von metallischen Hohlformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlformen oder ihre konturgebenden Teile und Einsätze aus Gußeisen mit Kugelgraphit bestehen.2. A method for producing hollow metal molds according to claim 1, characterized characterized in that the hollow molds or their contouring parts and inserts made of cast iron with nodular graphite. 3. Verfahren zur Herstellung von metallischen Hohlformen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der Ausgangsformen auf Endmaß und erforderliche Oberflächenqualität mittels Hochgeschwindigkeitsfräsens erfolgt.3. A method for producing hollow metal molds according to claim 1 or 2, characterized characterized that the processing of the initial shapes to the final dimension and required Surface quality is achieved using high-speed milling.