DE10133672B4

DE10133672B4 - Verfahren zum Spritzgießen metallischer Materialien

Info

Publication number: DE10133672B4
Application number: DE10133672A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Sayama Nakao; Takaharu Sayama Echigo; Kunitoshi Sayama Sugaya; Hiroto Sayama Shoji; Takashi Sayama Kato
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: CA2353046C; GB0116934D0; CA2353046A1; US6871691B2; GB2366225A; US20020020510A1; DE10133672A1; GB2366225B; US20030070785A1; US6505670B2

Abstract

Verfahren zum Druckgießen eines metallischen Materials, bei welchem ein Spritzmaterial (40), das ein halb erstarrtes metallisches Material (41) oder ein geschmolzenes metallisches Material (42) umfasst, von einem Spritzzylinder (25) in einen Hohlraum (22) einer Gussform (21, 23) durch einen Eingusskanal (24) davon eingespritzt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Herausnehmen eines Gusserzeugnisses (45) von der Gussform, während das Gusserzeugnis noch heiß ist, wobei das Gusserzeugnis einen Erzeugnisabschnitt (46) aufweist, der in dem Hohlraum geformt ist, und einen nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitt (47) aufweist, der an dem Eingusskanal verbleibt;
Trennen des nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitts von dem Gusserzeugnis, während der nicht Teil des Erzeugnis bildende Abschnitt in einem Zustand hoher Temperatur ist;
Formen des nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitts hoher Temperatur zu einem Barren (48);
Setzen des Barrens in den Spritzzylinder; und
Füllen des Spritzmaterials in den Spritzzylinder, um zu...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Druckgießen (im folgenden auch ”Spritzgießen”) metallischer Materialien, um ein Produkt gewünschter Zusammensetzung durch Zuführen eines in einem Spritzzylinder enthaltenen metallischen Materials in einen Formhohlraum zu erhalten.
Ein typisches Beispiel bekannter Scheibenbremsen für Kraftfahrzeuge ist im Querschnitt in 32 hiervon gezeigt. Wie in 32 gezeigt ist, ist eine Bremsscheibe 503 der exemplarischen Scheibenbremse 502 über eine Nabe 501 an eine Antriebswelle 500 montiert. Ein Umfangsabschnitt der Bremsscheibe 503 ist in einem Bremssattel 506 platziert.
Ein Rad 509 wird durch Übertragung eines Öldrucks von einer Zuleitung 508 an einen nicht gezeigten Zylinder des Bremssattels 506 und durch Drücken der Bremsbeläge 507, 507 auf einen Scheibenabschnitt 505 der Bremsscheibe 503 gebremst.
Da die Bremsbeläge 507, 507 stark auf den Scheibenabschnitt 505 der Bremsscheibe 503 gedrückt werden, ist es erforderlich, die Bremsscheibe 503 aus sehr stabilem Material zu bilden.
Um andererseits das Gesamtgewicht eines Kraftfahrzeugs zu verringern, wird die Bremsscheibe 503 vorzugsweise aus einem leichten Material hergestellt.
Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Materialien sind für ihre hohe Festigkeit und ihre Leichtheit bekannt. Zum Beispiel kann ein Verwenden von Aluminium-(Al-)-Legierung als Metallmatrix das Gewicht einsparen, und Zusätzen von Silikoncarbid (SiC) zur Al-Legierungsmatrix kann eine Festigkeitszunahme erbringen.
Ein Verfahren zur Herstellung der Bremsscheibe 503 aus einem Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff wird jetzt mit Bezug auf 34 hiervon beschrieben werden.
Ein derartiges Verfahren wird in einer konventionellen Vorrichtung zum Spritzgießen eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs ausgeführt. Ein Spritzzylinder 515 wird über einen Eingusskanal 513 mit einem Hohlraum 512 in Verbindung gebracht, der durch eine bewegliche Gussform 510 und durch eine feststehende Gussform 511 definiert ist. Ein Druckkolben 516 ist so an den Spritzzylinder 515 montiert, dass er zu Aufwärts- und Abwärtsbewegungen im Stande ist, ein MMC-Zuführungsmittel 518 ist über eine Zuleitung 517 mit dem Spritzzylinder 515 verbunden und ein Absperrventil 519 ist an eine Ausgangsseite der Zuleitung 517 montiert.
Ein Absperrventil 519 wird geöffnet und ein Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff wird von dem MMC-Zuführungsmittel 518 in den Spritzzylinder 515 zugeführt, wie durch einen Pfeil a gezeigt ist. Der Druckkolben 516 wird aufwärtsbewegt, wie durch Pfeil b gezeigt ist, und Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff wird durch den Eingusskanal 513 in den Hohlraum 512 gefüllt. Dann wird die bewegliche Gussform 510 aufwärtsbewegt, wie durch den Pfeil c gezeigt ist, um die Gussform zu öffnen und das Gusserzeugnis wird aus der Gussform genommen. Das herausgenommene Gusserzeugnis wird nachfolgend beschrieben werden.
Als nächstes wird auf 34 Bezug genommen, welche ein aus der Gussform herausgenommenes Gusserzeugnis zeigt. Das Gusserzeugnis 520 wird in einen Erzeugnisabschnitt 521 und einen nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitt (im folgenden auch ”Kein-Erzeugnisabschnitt”) 522 geschnitten.
Der Erzeugnisabschnitt 521 ist ein Element, das aus einem in dem Hohlraum 512 geformten Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff gebildet ist, und wird verarbeitet werden, um die Bremsscheibe 503 zu erhalten, wie in 32 gezeigt ist.
Der Kein-Erzeugnisabschnitt 522 ist ein aus Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff gebildetes Element, das an dem Eingusskanal 513 verblieben ist (siehe 33).
Der bei dem Eingusskanal 513 verbliebene Kein-Erzeugnisabschnitt 522 ist ebenfalls aus Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff, welcher durch Zusatz von SiC-Körnern zur Al-Legierungsmatrix erhalten wurde. Da Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff nicht wiederverwendet werden kann, so wie er ist, ist es deshalb notwendig, SiC-Körner von einer Al-Legierungsmatrix zu trennen, um sie wiederverwenden zu können. Jedoch ist eine derartige Trennung technisch schwierig und falls möglich, kostet sie viel. Daher wird unter den gegebenen Umständen der Kein-Erzeugnisabschnitt 522 nicht wiederverwertet und das trägt dazu bei, die Kosten des aus Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff (oder aus metallischem Material) geformten Erzeugnisabschnitt 521 zu erhöhen.
Andererseits gibt es Erzeugnisse unter Spritzgussteilen, die keine hohe Festigkeit benötigen. Da es bei solchen Produkten nicht notwendig ist, dass sie SiC-Körner zur Festigkeitserhöhung enthalten, können sie aus normalen Aluminiumlegierungsmaterial (oder einem metallischen Material) durch Spritzgießen gebildet werden. Deshalb gibt es eine Tendenz, dass sie als einfach wiederverwendbar betrachtet werden, da es nicht notwendig ist, SiC-Körner abzutrennen, wie in dem Fall von Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff, wenn das an dem Eingusskanal verbliebene Kein-Erzeugnis wiederverwendet wird.
Um den Kein-Erzeugnisabschnitt als ein geschmolzenes Material in einem folgenden Spritzguss zu verwenden ist es jedoch notwendig, den Kein-Erzeugnisabschnitt zu schmelzen, was viel Wärmeenergie zum Schmelzen des Kein-Erzeugnisabschnitts benötigt. Deshalb wird unter gegebenen Umständen der Kein-Erzeugnisabschnitt gelagert, wodurch zur Zunahme von Kosten des aus Al-Legierungsmaterials (metallischem Materials) geformten Erzeugnis beigetragen wird.
35 zeigt eine konventionelle Spritzgussvorrichtung. Die Spritzgussvorrichtung 600 umfasst eine Spritzvorrichtung 601, der eine Gussform 602 gegenübergestellt ist. Ein geschmolzenes metallisches Material 605 wird durch einen Eingusskanal 603 in einen Hohlraum 604 gegossen. Wenn das geschmolzene Material 605 in dem Hohlraum 604 erstarrt ist, erhält man eine Bremsscheibe 608 für die Scheibenbremse.
36 zeigt eine exemplarische Bremsscheibe, welche Gussfehler enthält. Die Bremsscheibe 608 ist eine fehlerhafte Vorrichtung mit einem Fehler, der auf einer gegenüberliegenden Seite des Eingusskanals 603 aufgetaucht ist (siehe 35), als eine Grenze von unvollständiger Einheit an der Verbindung aufgrund von Temperaturerniedrigung des geschmolzenen Materials, d. h. Kaltschweißstellen 606 und Narben 607. Mit anderen Worten, bezugnehmend auf 35, wenn das geschmolzene Material 605 durch den Eingusskanal 603 in den Hohlraum 604 aufwärts an den unteren Abschnitt gespritzt wird und dann das geschmolzene Material 605 gegen den oberen Abschnitt des Hohlraums 604 stößt, werden die Kaltschweißstellen 606 und die Narben 607 gebildet.
Jetzt bezugnehmend auf 37A bis 37C wird eine konventionelle Spritzvorrichtung beschrieben werden.
In 37A wird ein geschmolzener Metallmatrix-Verbundwerkstoff 703 von der geschmolzenes-Material-Zuführungsvorrichtung 704 in den Spritzzylinder 702 der Spritzvorrichtung 701 zugeführt.
In 37B ist der Spritzzylinder 702 mit der formgebenden Gussform 705 verbunden. Das geschmolzene Material 703 wird in den Hohlraum der formgebenden Gussform 705 durch den in dem Spritzzylinder 702 sich auf- und abwärts bewegenden Druckkolben 706 gespritzt, wie durch den Pfeil gezeigt ist.
In 37C bewegt sich der Druckkolben 706 zu dem oberen Limit und der Spritzbetrieb endet. Danach, wenn das eingespritzte geschmolzene Material 703 in der formgebenden Gussform 705 erstarrt ist, und das Gusserzeugnis 707 ist fertiggestellt.
Jedoch können Gießreste 708 in das Gusserzeugnis 707 eintreten, was ein Fehler des Gusserzeugnisses ist. Der Gießrest 708 ist ein Rest 709, der durch das Oxid des geschmolzenen Materials 703 eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs erzeugt wird, und wird auf dem Oberflächenschichtabschnitt 711 des geschmolzenen Materials 703 erzeugt und kann an der inneren Wandoberfläche 712 des Spritzzylinders 702 haften. Der haftende Rest 709 verursacht auf dem Gusserzeugnis 707 durch ein Eingemischtwerden in das geschmolzene Material 703 einen Fehler. Wenn sich der Fehler entwickelt, muss das Gusserzeugnis beseitigt werden, was zur einer Verringerung der Produktivität führt.
Die DE 198 00 593 A1 offenbart ein Verfahren zum Druck-Gießen eines metallischen Materials, bei welchem ein Spritzmaterial von einem Spritzzylinder in einen Hohlraum einer Gussform durch einen Eingusskanal eingespritzt wird, wobei das Spritzmaterial zunächst als Vormaterial hergestellt und anschließend bis zu einem teilflüssigen Zustand wieder erwärmt wird und wobei das Vormaterial aus wenigstens zwei verschiedenen Werkstoffen hergestellt wird, die durch wenigstens eine Grenzlinie im Vormaterial voneinander getrennt angeordnet werden.
Ferner offenbart die DE 38 07 163 A1 ein Verfahren zum Druck-Gießen eines metallischen Materials in einem Hohlraum einer Gussform, wobei die Gussform zwei bewegliche Formhälften sowie einen seitlich einschiebbaren Einsatz umfasst und wobei der seitlich einschiebbare Einsatz ein hinterschnittenes Teil aufweist, hinter welchem ein entsprechender Vorsprung des geformten Erzeugnisses beim Öffnen der beiden Formhälften festgehalten wird, so dass das Erzeugnis an einer der beiden Formhälften verbleibt.
Ferner ist aus der DE 37 35 735 C2 ein Verfahren zum Druck-Gießen eines metallischen Materials bekannt, bei welchem ein Spritzmaterial in einen Hohlraum einer Gussform durch einen Eingusskanal eingespritzt wird, wobei das Verfahren einen Schritt des Trennens eines nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitts von einem Gusserzeugnis umfasst.
Zur weiteren Illustration des Stands der Technik kann ferner auf die WO 99/00203 A1 sowie auf die DE 196 26 175 A1 verwiesen werden, aus welchen ebenfalls Verfahren und Vorrichtungen zum Druck-Gießen eines metallischen Materials bekannt sind. Insbesondere offenbart die DE 196 26 175 A1 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer Bremsscheibe.
Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Wiederverwendung des an dem Eingusskanal verbliebenen Kein-Erzeugnisabschnitts zu ermöglichen, um Kosten für aus metallischem Material geformten Spritzgussteilen zu senken.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spritzvorrichtung für Metallmatrix-Verbundwerkstoff bereitzustellen, die durch Reste verursachte Fehler von Gusserzeugnissen beseitigen kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die erste Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3 gelöst.
Mit anderen Worten wird in der ersten Erfindung der Kein-Erzeugnisabschnitt zu einem Barren hoher Temperatur geformt und der Barren wird in dem Spritzzylinder durch die Verwendung von Wärme von dem Spritzmaterial geschmolzen. Unter Verwendung von Wärme von dem Spritzmaterial zum Schmelzen des Barrens kann Wärmeenergie, die zum Schmelzen des Barrens benötigt wird, reduziert werden. Zusätzlich, da der Barren geschmolzen wird, während er in einem Zustand hoher Temperatur ist, kann ferner Wärmeenergie gespart werden. Deshalb kann der an dem Eingusskanal verbliebene Kein-Erzeugnisabschnitt wiederverwendet werden ohne den Kein-Erzeugnisabschnitt zu verwerfen.
Vorzugsweise wird der Schritt des Herausnehmens ausgeführt, während das Gusserzeugnis bei einer Temperatur von 400 bis 100°C gehalten wird. In diesem Temperaturbereich ist das Gusserzeugnis halb erstarrt, sodass es aus der Gussform einfach herausgenommen werden kann, aber Wärme aufweist, die als Wärmeenergie beim Schmelzen des Barrens genutzt werden kann.
Als Spritzmaterial werden ein metallisches Material in einem halb erstarrten Zustand und ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff in einem geschmolzenen Zustand vorbereitet. Die jeweiligen Materialien werden in den Spritzzylinder gefüllt, sodass das metallische Material auf die Druckkolbenseite des Spritzzylinders kommt und der Metallmatrix-Verbundwerkstoff auf die Eingusskanalseite kommt, sodass sie in der Folge von Metallmatrix-Verbundwerkstoff und metallischem Material in den Hohlraum gegossen werden können.
Vorzugsweise werden Materialien in den Hohlraum in der Sequenz von Metallmatrix-Verbundwerkstoff und metallischem Material gespritzt, da der Metallmatrix-Verbundwerkstoff in den Hohlraum gefüllt wird und das metallische Material an dem Eingusskanal verbleibt. Es ist daher nicht notwendig, ein verstärkendes Material, wie z. B. SiC-Körner, von dem Metallmatrix-Verbundwerkstoff zu trennen, wenn der an dem Eingusskanal verbliebene Kein-Erzeugnisabschnitt wiederverwendet wird.
Wünschenswerterweise wird der Hochtemperatur-Kein-Erzeugnisabschnitt in dem Spritzzylinder platziert und der Kein-Erzeugnisabschnitt zu einem Barren in dem Spritzzylinder pressgeformt, um dadurch durch effektive Verwendung des Spritzzylinders und des Druckkolbens Ausgaben an Ausstattung zum Unter-Druck-Setzen zu reduzieren.
Zusätzlich haben die Erfinder durch Forschungen zur Vermeidung der Erzeugung von Kaltschweißstellen und Narben gefunden, dass solche Kaltschweißstellen und Narben hauptsächlich durch die Tatsache erzeugt werden, dass das geschmolzene Material an dem von dem Eingang entfernten Abschnitt des Hohlraums abgekühlt wird. Durch Erhöhen des Volumens des in dem von dem Eingang entfernten Teil des Hohlraums enthaltenen geschmolzenen Materials und durch ein Nahezu-Konstant-Halten der Temperatur des bei einem Abstand fließenden geschmolzenen Materials, um das geschmolzene Material vor einem Abkühlen zu bewahren, waren die Erfinder deshalb erfolgreich, robuste Gusserzeugnisse für Scheibenbremsen zu erhalten.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zweite Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung nach Anspruch 5 gelöst.
In dieser Spritzgussvorrichtung wird der geschmolzene Metallmatrix-Verbundwerkstoff aufwärts von unten eingespritzt. Deshalb geht in dem Fall von Hohlräumen zum Formen von Bremsscheiben das geschmolzene Material von unten in die Gussform, trennt sich einmal nach links und nach rechts und verbindet sich wieder an dem oberen Abschnitt. Da der Überlaufabschnitt an dem oberen Abschnitt des Hohlraums für den Bremsringabschnitt gebildet ist, wird durch den Überlaufabschnitt das Volumen des Hohlraums vergrößert und folglich nimmt die Menge des geschmolzenen Materials an dem oberen Abschnitt zu. Folglich widersteht die Temperatur an dem oberen Ende des geschmolzenen Materials einer Senkung und folglich kann ein Auftreten von Kaltschweißstellen und Narben auf dem Gusserzeugnis einer Bremsscheibe vermieden werden, wenn sie sich an dem oberen Abschnitt wieder verbinden.
Der Überlaufabschnitt ist in gegenüberstehender Beziehung zu einer Oberfläche des Bremsringabschnitts vorgesehen. Dadurch wird das Volumen des Überflussabschnitts vergrößert, sodass das geschmolzene Material einfach in den Hohlraum gezwungen werden kann.
Der Überlaufabschnitt umfasst ferner ein oder mehrere Ausnehmungen, welche sich in Form einer Nut radial von einem Zentrum des Bremsringabschnitts erstrecken. Infolge kann die Eingangsöffnung des Überlaufabschnitts zwischen der Zentralseite und dem äußeren Rand gebildet sein und folglich kann das Volumen des enthaltenen geschmolzenen Materials erhöht werden, während ein ausgeübter Widerstand reduziert wird, wenn es in den Überlaufabschnitt fließt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zweite Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst.
Da der Block nicht in Kontakt mit dem an der Innenwand des Spritzzylinders angebrachten Rests gebracht wird, wird der Block in dieser Anordnung den Rest nicht abkratzen. Dadurch kann der Block, wenn das geschmolzene Material eingespritzt wird, den zentralen Abschnitt des geschmolzenen Materials, der frei von dem Rest oberhalb von anderen Abschnitten ist, hinausdrängen und folglich kann verhindert werden, dass der Rest in das geschmolzene Material gemischt wird.
Der Block kann abnehmbar an dem Druckkolben gesichert sein. Insbesondere kann der Druckkolben mit einem Vorsprung auf dessen Kopfabschnitt gebildet sein, während der Block mit einer Ausnehmung auf dessen unterer Oberfläche gebildet sein kann, sodass der Vorsprung abnehmbar in die Ausnehmung des Blocks eingebracht werden kann. Als Ergebnis ist die Positionierung und Montierung des Blocks in Bezug auf den Druckkolben nicht aufwendig.
Es ist wünschenswert, dass der Block aus einem Material gebildet ist, das härter als der Metallmatrix-Verbundwerkstoff ist, nachdem er erstarrt ist. Sogar dann, wenn ein Einschlag durch einen Hammer o. dgl. auf den dem Eingusskanal entsprechenden Abschnitt des Gusserzeugnisses ausgeübt wird, um den Block, der an dem dem Eingusskanal entsprechenden Abschnitt des erstarrten Gusserzeugnisses haftet, herauszunehmen, nachdem das Spritzen beendet ist, ist bei dieser Anordnung der Block in dem Gusserzeugniss frei von Deformationen und Kratzern, wobei der Block wiederverwendet werden kann.
Bestimmte, bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden unten detaillierter beschrieben, lediglich beispielhaft, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bremsscheibe, die durch ein Verfahren zum Spritzgießen von metallischem Material gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 von 1;
3 ist eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Spritzgussvorrichtung für metallische Materialien;
4 bis 14 sind erläuternde Ansichten, die ein Verfahren zum Spritzgießen metallischer Materialien zeigen, gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine Querschnittsansicht einer Bremsscheibe, die durch ein Verfahren zum Spritzgießen eines metallischen Materials, gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung, geformt ist;
16 und 17 sind erläuternde Ansichten, die ein Verfahren zum Spritzgießen eines metallischen Materials zeigen, gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
18 ist eine Ansicht, die eine Gesamtanordnung einer Gussvorrichtung für Bremsscheiben zeigt, gemäß der vorliegenden Erfindung;
19 ist eine perspektivische Ansicht einer Bremsscheibe;
20 ist eine Querschnittsansicht, die eine formgebende Gussform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
21 ist eine perspektivische Ansicht der in 20 gezeigten formgebenden Gussform;
22 ist eine perspektivische Ansicht der Bremsscheibe, welche durch die formgebende Gussform gemäß der vorliegenden Erfindung gefertigt ist;
23A bis 23C sind erläuternde Ansichten, die zeigen, wie ein geschmolzenes Material fließt, wenn es in die Gussform eingespritzt wird;
24A und 24B sind Ansichten, die jeweils ein vergleichendes Beispiel und eine Ausführung der in Form gegossenen Bremsscheibe zeigen;
25 und 26 sind Ansichten, die eine weitere Ausführung der formgebenden Gussform zeigen;
27 und 28 sind Ansichten, die eine noch weitere Ausführung der formgebenden Gussform zeigen;
29 ist eine Querschnittsansicht der mit der Spritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung verbundenen Gussform;
30 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der in 18 gezeigten Spritzvorrichtung;
31A bis 31H sind Ansichten, die einen Betrieb der in 30 gezeigten Spritzvorrichtung zeigen;
32 ist eine Querschnittsansicht einer typischen, konventionellen Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge;
33 ist eine Querschnittsansicht einer konventionellen Spritzgussvorrichtung für einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff;
34 ist eine erläuternde Ansicht, welche ein Gusserzeugnis zeigt, das aus der Gussform der in 33 gezeigten Gussvorrichtung herausgenommen ist;
35 ist eine schematische Ansicht, welche eine konventionelle Spritzgussvorrichtung zeigt;
36 ist eine perspektivische Ansicht einer Bremsscheibe mit Gussfehlern, welche durch die Vorrichtung von 35 produziert wurden; und
37A bis 37C sind erläuternde Ansichten, welche einen Betrieb einer konventionellen Spritzvorrichtung zeigen.
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und beabsichtigt in keiner Weise die Erfindung, seine Anwendungen oder Verwendungen zu beschränken.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine Bremsscheibe 10 einen zylindrischen Nabenabschnitt 11 und einen scheibenförmigen Scheibenabschnitt 18, der mit dem Nabenabschnitt 11 integral geformt ist. Ein Nabenabschnitt 11 umfasst einen Deckel 13, der auf dem äußeren Ende der Umfangswand 12 integral geformt ist, eine Öffnung 14, die an dem Zentrum des Deckels 13 ausgebildet ist, und eine Mehrzahl von Bolzenlöchern 15 und eine Mehrzahl von Schraubbolzenlöchern 16, die um die Öffnung 14 ausgebildet sind. Die Bolzen (nicht gezeigt) werden durch eine Mehrzahl von Bolzenlöchern 15 eingefügt, sodass die Bremsscheibe 10 an der Antriebswelle (nicht gezeigt) mit diesen Bolzen gesichert wird. Die Schraubbolzenlöcher 16 werden für Presspassungsbolzen (nicht gezeigt) zur Montierung eines Rades an die Bremsscheibe 10 verwendet.
Ein Scheibenabschnitt 18 ist dem Bremsbelag des Bremssattels (nicht gezeigt) zugewandt, auf welchen die Bremsbeläge von beiden Seiten dagegen gepresst werden. Daher ist es erforderlich, dass der Scheibenabschnitt 18 eine hohe Stärke aufweist und bezüglich Verschleißfestigkeit überlegen ist.
Wie in 2 gezeigt ist, da der Nabenabschnitt 11 ein an die Antriebswelle zu montierender Abschnitt ist, ist es nicht erforderlich, eine hohe Stärke aufzuweisen und so bezüglich Verschleißfestigkeit überlegen zu sein, wie es für den Scheibenabschnitt 18 gilt. Deshalb wird der Nabenabschnitt 11 aus Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff gebildet, welcher mit Al-Legierung durchdrungen ist. In 2 ist der Bereich E1 des mit Al-Legierung durchdrungenen Al-Matrix-Verbundwerkstoffs mit diagonalen Linien markiert.
Es ist erforderlich, dass der Scheibenabschnitt 18 eine hohe Stärke aufweist und bezüglich Verschleißfestigkeit überlegen ist, da die Bremsbeläge von beiden Seiten dagegen gepresst werden. Daher wird der Scheibenabschnitt lediglich aus Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff gebildet. In 2 ist der Bereich E2 des Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoffs netzförmig.
Die Spritzgussvorrichtung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Spritzgussverfahrens wird in 3 gezeigt. Die Spritzgussvorrichtung 20 für ein metallisches Material, in 3 gezeigt, umfasst eine bewegliche Gussform 21, die zur Aufwärts- und Abwärtsbewegung im Stande ist; eine feststehende Gussform 23, die einen Hohlraum 22 mit der beweglichen Gussform 21 bildet; einen Spritzzylinder 25, der auf der feststehenden Gussform 23 montiert ist; Al-Metall-Zuführungsmittel 34 zum Zuführen von Al-Legierung in den Spritzzylinder 25; und MMC-Zuführungsmittel 37 zum Zuführen von Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff in den Spritzzylinder 25. Der Spritzzylinder 25 weist einen Druckkolben 30 auf, der sich darin aufwärts und abwärts bewegt. Die Al-Legierung-Zuführungsmittel 34 sind mit dem Spritzzylinder 25 über die Al-Legierungs-Zuleitung 35 verbunden. Die Al-Legierungs-Zuleitung 35 weist ein Absperrventil für Al-Legierung 36 an deren Ausgangsseite 35a auf. Die MMC-Zuführungsmittel 37 sind mit dem Spritzzylinder 25 über die MMC-Zuleitung 38 verbunden. Die MMC-Zuleitung 38 weist ein Absperrventil für MMC 39 an deren Ausgangsseite 38a auf.
Die feststehende Gussform 23 umfasst einen Eingusskanal 24, der den Hohlraum 22 und die Innenseite des Spritzzylinders 25 in Verbindung bringt.
Der Spritzzylinder 25 umfasst ein Heizgerät 26 auf dem äußeren Umfang in der Nähe des oberen Endes mit dem an der unteren Position angeordneten Druckkolben 30. Das obere Ende 25a des Spritzzylinders 25 ist in der an dem unteren Endabschnitt der feststehenden Gussform 23 gebildeten Ausnehmung 23a angebracht, sodass der Eingusskanal 24 der feststehenden Gussform 23 und die Innenseite des Spritzzylinders 25 miteinander in Verbindung gebracht werden. Der Spritzzylinder 25 kann von der feststehenden Gussform 23 durch Herausziehen des oberen Endes 25a von dem vertieften Abschnitt 23a entfernt werden.
Der Druckkolben 30 ist in dem Spritzzylinder 25 vorgesehen, um so zur Hin- und Herbewegung im Stande zu sein, um Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff oder Al-Legierung in den Spritzzylinder 25 durch den Eingusskanal 24 in den Hohlraum 22 zu drücken.
Die Al-Legierungs-Zuführungsmittel 34 führen Al-Legierung in halb erstarrtem Zustand durch die Al-Legierungs-Zuführungsöffnung 27 des Spritzzylinders 25 in den Spritzzylinder 25 bei für Al-Legierung geöffnetem Absperrventil 36.
Die MMC-Zuführungsmittel 27 führen Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff in dem geschmolzenen Zustand durch die MMC-Zuführungsöffnung 28 des Spritzzylinders 25 zu der Innenseite des Spritzzylinders 25 bei für MMC geöffnetem Absperrventil 39.
Mit jetziger Bezugnahme auf 4 bis 16 wird ein Verfahren zum Spritzgießen von Metallmatrix-Verbundwerkstoff gemäß einer ersten Ausführung beschrieben. In diesen Figuren ist das Absperrventil 36 für Al-Legierung und das Absperrventil 39 für MMC verdunkelt, wenn es in dem ”Geschlossen”-Zustand ist.
In 4 wird Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand in den Spritzzylinder 25 durch die Al-Legierungs-Zuführungsöffnung 27 durch die Al-Legierungs-Zuführungsmittel 34 zugeführt, wie durch den Pfeil (1) gezeigt ist, mit für MMC geschlossenem Absperrventil 39 und mit für Al-Legierung geöffnetem Absperrventil 36, um Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand auf den Druckkolben 30 zu füllen. Die Füllmenge von Al-Legierung 41 wird in Verbindung mit 7 beschrieben.
In 5 wird Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 in dem geschmolzenen Zustand in den Spritzzylinder 25 über die MMC-Zuführungsöffnung 28 durch die MMC-Zuführungsmittel 37 zugeführt, wie durch den Pfeil (2) gezeigt ist, bei für Al-Legierung geschlossenem Absperrventil 36 und bei für MMC geöffnetem Absperrventil 39.
Dann wird ein Spritzmaterial 40, das Al-Legierung in dem halb erstarrten Zustand (halb erstarrtes, metallisches Material) 41 und Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff in einem geschmolzenen Zustand (geschmolzenes, metallisches Material) 42 enthält, in den Spritzzylinder 25 gefüllt. Die Füllmenge von Metallmatrix-Verbundwerkstoff 42 wird in Verbindung mit 7 beschrieben.
Durch Zuführen von Al-Legierung 41 in den halb erstarrten Zustand und Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 in den geschmolzenen Zustand kann Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 auf Al-Legierung 41 in dem getrennten Zustand gefüllt werden.
In 6 wird, nachdem das Absperrventil für MMC 39 geschlossen ist, der Druckkolben 30 durch die Betätigungsmittel (nicht gezeigt) aufwärtsbewegt, wie durch den Pfeil (3) gezeigt ist. Dann bewegt sich Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand aufwärts, und Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 in dem geschmolzenen Zustand wird durch den Eingusskanal 42 in den Hohlraum 22 zugeführt.
In 7 wird der Druckkolben 30 bewegt, bis er die untere Oberfläche der feststehenden Gussform 23 erreicht. Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 in dem geschmolzenen Zustand wird in den Scheibenabschnitt-Formungsabschnitt 22a des Hohlraums 22 durch Füllen von Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand in den Eingusskanal 24 gefüllt. Der mit Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 gefüllte Bereich ist netzförmig, und der Bereich entspricht dem in 2 gezeigten Bereich E2. Hierbei ist die in 5 erläuterte Füllmenge an Metallmatrix-Verbundwerkstoff 42 nahezu die gleiche Menge des netzförmigen Bereichs. Die Füllmenge an Metallmatrix-Verbundwerkstoff 42 kann nach Bedarf verändert werden.
Andererseits bewegt sich ein Teil von Al-Legierung 41 in den Hohlraum 22 durch den Eingusskanal 24, und folglich wird Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 mit Al-Legierung 41 getränkt. Der Bereich 43 von Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42, der mit Al-Legierung 41 getränkt ist, ist mit diagonalen Linien markiert, und dieser Bereich entspricht E1 in 2. Hierbei ist die Füllmenge von Al-Legierung 41, die in Verbindung mit 4 beschrieben ist, nahezu die gleiche Menge wie in der mit diagonalen Linien markierte Bereich 43 zusammen mit dem Bereich des Eingusskanals 24. Die Füllmenge an Al-Legierung 41 kann nach Bedarf geändert werden.
Als nächster Schritt wird die bewegliche Gussform 21 aufwärts bewegt, wie durch den Pfeil (4) gezeigt ist, um die Gussform zu öffnen.
In 8 wird das Gusserzeugnis 45, das den in dem Hohlraum 22 geformten Erzeugnisabschnitt 46 und den an dem Eingusskanal 24 verbliebenen Kein-Erzeugnisabschnitt 47 umfaßt, aus der geöffneten Gussform entnommen, während es immer noch heiß ist (wie z. B. 400 bis 100°C oder mit etwas niedrigerer Temperatur als der Erstarrungstemperatur). Wenn die Temperatur des Gusserzeugnisses 45 400°C übersteigt, besteht eine Möglichkeit, dass das Gusserzeugnis 45 nicht in erstarrtem Zustand aus der Gussform genommen werden kann.
Andererseits, wenn die Temperatur des Gusserzeugnisses 45 niedriger als 100°C ist, ist beim Schmelzen des Kein-Erzeugnisabschnitts 47 eine große Menge an Wärmeenergie erforderlich, was nicht bevorzugt ist. Daher wird entschieden, dass die Temperatur des Gusserzeugnisses 45 400 bis 100°C ist, sodass eine beim Schmelzen des Kein-Erzeugnisabschnitts 47 erforderliche Wärmeenergie reduziert wird, und dass das Gusserzeugnis 45 aus der Gussform in dem erstarrten Zustand genommen werden kann.
Als nächster Schritt wird der Kein-Erzeugnisabschnitt 47 in Hochtemperaturzustand von dem aus der Gussform genommenen Gusserzeugnis 45 getrennt, um den Erzeugnisabschnitt 46 zu erhalten. Der Erzeugnisabschnitt 46 wird bearbeitet, um die in 2 gezeigte Bremsscheibe 10 zu erhalten. Der Druckkolben 30 bewegt sich abwärts, nachdem das Gusserzeugnis 45 aus der Gussform genommen ist, wie durch den Pfeil (5) gezeigt ist.
Wie in 9 gezeigt ist, wird das obere Ende 25a des Spritzzylinders 25 aus der Ausnehmung 23a durch Abwärtsbewegen des Spritzzylinders 25 durch die Zylinderantriebsmittel (nicht gezeigt) gezogen, wie durch den Pfeil (6) gezeigt ist. Dann wird der Spritzzylinder 25 von der feststehenden Gussform 23 entfernt. Danach wird der Spritzzylinder 25 seitlich bewegt, wie durch den Pfeil (7) gezeigt ist.
Dann wird, wie in 10 gezeigt ist, der Hochtemperatur-Kein-Erzeugnisabschnitt 47 von oberhalb des Spritzzylinders 25 in den Spritzzylinder 25 gebracht, wie durch den Pfeil gezeigt ist. Zur selben Zeit wird der Kein-Erzeugnisabschnitt 47 durch das Heizgerät 26 erhitzt. Dann wird, wie in 11 gezeigt ist, der druckerzeugende Druckkolben 49 von dem oberen Ende 25a des Spritzzylinders 25 wie durch den Pfeil (8) gezeigt ist, eingeführt, in einem Zustand in welchem der Kein-Erzeugnisabschnitt 47 auf der Oberfläche des oberen Endes des Druckkolbens 30 des Spritzzylinders 25 platziert ist.
In 12 wird der Barren 48 durch Pressen des Kein-Erzeugnisabschnitts 47 von hoher Temperatur durch den Druckerzeugungsdruckkolben 49 und den Druckkolben 30 erhalten. Dann wird der druckerzeugende Druckkolben 49 aufwärts bewegt, wie durch den Pfeil (9) gezeigt ist, und aus dem Spritzzylinder 25 gezogen. Als ein nächster Schritt wird der Spritzzylinder 25 an die feststehende Gussform 23 durch Einführen des oberen Endes 25a des Spritzzylinders 25 in die Ausnehmung 23a auf der feststehenden Gussform 23 in umgekehrter Reihenfolge der in Verbindung mit 9 beschriebenen Abfolge montiert.
In 13 wird die Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand durch ein Al-Legierungs-Zuführungsloch 27 in den Spritzzylinder 25 durch die Al-Legierungs-Zuführungsmittel 34 zugeführt, wie durch den Pfeil gezeigt ist, bei für MMC geschlossenem Absperrventil 39 und bei für Al-Legierung geöffnetem Absperrventil 36, sodass Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand auf den Barren 48 gefüllt wird. Dadurch kann die Füllmenge an Al-Legierung 41 durch das Volumen des Barrens 48 in Bezug auf die in Verbindung mit 4 beschriebene Füllmenge reduziert werden.
Auf diese Weise wird nach Füllen von Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand in den Spritzzylinder 25 der Barren 48 durch Wärme von Al-Legierung 41 und von dem Heizgerät 26 geschmolzen, und dann in Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand gemischt, wie in 14 gezeigt ist. Anschließend wird Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 in dem geschmolzenen Zustand durch die MMC-Zuführungsmittel 37 durch die MMC-Zuführungsöffnung 38 in den Spritzzylinder 25 zugeführt, wie durch den Pfeil gezeigt ist, bei für Al-Legierung geschlossenem Absperrventil 36 und bei für MMC geöffnetem Absperrventil 39, um für die nächste Einspritzung bereit zu sein.
Gemäß eines Spritzgussverfahrens für metallische Materialien der ersten Ausführung ermöglicht das Spritzen von Materialien in den Hohlraum 22 in der Reihenfolge Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 und Al-Legierung 41, Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 41 in den Hohlraum 22 zu füllen und die Al-Legierung 41 an dem Eingusskanal 24 zu lassen. Da es nicht notwendig ist, SiC-Körner vom Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 zu trennen, wenn der an dem Eingusskanal 24 verbleibende Kein-Erzeugnisabschnitt 47 wiederverwendet wird, können dadurch die Aufwendungen zum Trennen der SiC-Körner beseitigt werden.
Der Kein-Erzeugnisabschnitt 47 wird in einen Barren 48 gegossen und geformt, während er immer noch heiß ist (wie z. B. 400 bis 100°C oder mit der Temperatur, die etwas niedriger als die Erstarrungstemperatur ist), und der Barren 48 wird unter Verwendung von Wärme der halb erstarrten Al-Legierung 41 in dem Spritzzylinder 25 geschmolzen. Unter Verwendung von Wärme von der Al-Legierung 41 zum Schmelzen des Barrens 48 kann die zum Schmelzen des Barrens 48 erforderliche Wärmeenergie reduziert werden.
Da in der ersten Ausführung der Barren 48 geschmolzen wird, während er immer noch heiß ist, kann ferner Wärmeenergie gespart werden, und dadurch kann der Kein-Erzeugnisabschnitt 47 wieder verwendet werden, ohne ausrangiert zu werden, wodurch Kosten für den Erzeugnisabschnitt 46 (oder Bremsscheibe 10) reduziert werden.
Zusätzlich wird der Kein-Erzeugnisabschnitt 47 von hoher Temperatur in den Spritzzylinder 25 gebracht, und der Kein-Erzeugnisabschnitt 47 wird in einen Barren 48 mit dem Druckkolben 30 in dem Spritzzylinder 25 gepresst. Dadurch können der Spritzzylinder 25 und der Druckkolben 30 effektiv verwendet werden, wodurch Inventarausgaben zum Pressbetrieb reduziert werden. Demgemäß können die Kosten für den Erzeugnisabschnitt 46 weiter reduziert werden.
Wenn der Kein-Erzeugnisabschnitt 47 in einen Barren 48 außerhalb des Spritzzylinders 25 gepresst wird, ist es notwendig, den Kein-Erzeugnisabschnitt 47 zu der Pressausrüstung (nicht gezeigt) zu transportieren, und dann nach dem Pressen ist es notwendig, ihn zu dem Spritzzylinder 25 zu transportieren. Da es eine Menge an Mühe zum Transportieren braucht, was sich einer Steigerung der Produktivität widersetzt. Jedoch kann gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung durch Pressen in den Barren 48 in dem Spritzzylinder 25 Arbeit zum Transport gespart werden, und folglich kann die Produktivität gesteigert werden.
Zusätzlich wird der durch Pressen des Kein-Erzeugnisabschnitts 47 erhaltene Barren 48 auf der oberen Oberfläche des Druckkolbens 30 an einem ersten Platz platziert, und Al-Legierung 41 wird darauf gefüllt und erhitzt, und dann wird Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 in den Spritzzylinder 25 gefüllt. Daher wird Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand, die den geschmolzenen Barren 48 umfasst, nicht in dem Hohlraum 22 gedrückt, sondern verbleibt an dem Eingusskanal 24, wenn ein Spritzgießen durchgeführt wird. Sogar falls der Barren 48 Verunreinigungen enthält, können sie folglich nicht in den Erzeugnisabschnitt 46 gemischt werden.
Jetzt wird ein Spritzgussverfahren gemäß der zweiten Ausführung beschrieben. 15 ist eine Bremsscheibe, die durch ein Verfahren zum Spritzgießen eines metallischen Materials gemäß der zweiten Ausführung gebildet ist.
Die Bremsscheibe 50 umfasst, wie in dem Fall der ersten Ausführung, einen zylindrischen Nabenabschnitt 51, und einen scheibenförmigen Scheibenabschnitt 54, der integral mit dem Nabenabschnitt 51 ausgebildet ist. Der Nabenabschnitt 51 und der Scheibenabschnitt 54 sind nur aus Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff gebildet.
Nun wird bezugnehmend auf 16 und 17 ein Verfahren zum Spritzgießen von Metallmatrix-Verbundwerkstoff gemäß der zweiten Ausführung beschrieben.
In 16 werden, wie in der ersten Ausführung, Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand und Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 in dem geschmolzenen Zustand in den Spritzzylinder 25 durch die Al-Legierungs-Zuführungsmittel 34 und die MMC-Zuführungsmittel 37 zugeführt, und dann werden das Absperrventil für Al-Legierung 36 und das Absperrventil für MMC 39 geschlossen, wie in der Figur gezeigt ist. In diesem Fall ist die Füllmenge an Al-Legierung 41 kleiner als die, welche in der ersten Ausführung beschrieben ist, und die Füllmenge an Metallmatrix-Verbundwerkstoff 42 ist größer als die, die in der ersten Ausführung beschrieben ist.
Dann wird der Druckkolben 30 aufwärts bewegt, bis er die untere Oberfläche der feststehenden Gussform 23 erreicht. Durch Füllen von Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand in den Eingusskanal 24 wird Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 in dem geschmolzenen Zustand in den Hohlraum 22 gefüllt. Der mit Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 gefüllte Bereich ist netzförmig.
Andererseits wird ein Teil der Al-Legierung 41 von dem Eingusskanal 24 in den Hohlraum 22 gedrückt, und dadurch wird Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 mit Al-Legierung 41 getränkt. Der Abschnitt mit diagonalen Linien stellt den Bereich 43 von Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 dar, der mit Al-Legierung 41 getränkt ist.
Nachfolgend wird die bewegliche Gussform 21 aufwärts bewegt, um die Gussform zu öffnen, wie durch den Pfeil gezeigt ist.
Das Gusserzeugnis 55 wird aus der geöffneten Gussform genommen, wie in 17 gezeigt ist, und der Kein-Erzeugnisabschnitt 57 des Gusserzeugnisses 55 wird von dem Erzeugnisabschnitt 56 abgeschnitten. Die Bremsscheibe 50 wird durch Bearbeitung des Erzeugnisabschnitts 56 erhalten. Da der Abschnitt 52 aus Al-Legierung, das in dem Erzeugnisabschnitt 56 enthalten ist, klein ist, wird er entfernt, wenn der Erzeugnisabschnitt 56 bearbeitet wird.
Andererseits, da der Kein-Erzeugnisabschnitt 57 nur aus Al-Legierung gebildet ist, kann er wiederverwendet werden. Daher können, wie in der ersten Ausführung, die Kosten der Bremsscheibe 50 reduziert werden.
In der oben beschriebenen, ersten und zweiten Ausführung ist der verwendete Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 ein Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff, der durch Zusetzen von SiC-Körnern zur Al-Legierungsmatrix erhalten wird. Jedoch ist es auch geeignet, Metallmatrix-Verbundwerkstoff einzusetzen, der eine Matrix umfasst, die aus anderen, metallischen Materialien und einem Verstärkungsmaterial (wie z. B. SiC oder Aluminiumoxid) in dem Zustand von darin enthaltenen Fasern, Körnern oder einer Platte gebildet ist.
Zusätzlich wird in der ersten und der zweiten Ausführung ein Verfahren des Formens einer Bremsscheibe 10 hoher Stärke durch Füllen von Al-Legierungsmatrix-Verbundwerkstoff 42 in dem geschmolzenen Zustand in den Hohlraum 22 und Hinterlassen von Al-Legierung 41 in dem halb erstarrten Zustand an dem Eingusskanal 24 als ein Beispiel beschrieben. Jedoch kann das Verfahren zum Spritzgießen eines metallischen Materials gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Fall angewandt werden, wo das Erzeugnis nur aus Al-Legierung 41 oder einem anderen, metallischen Material durch Spritzgießen gebildet ist.
18 zeigt eine Spritzgussvorrichtung für Bremsscheiben, die in dem schematischen Diagramm gezeigt sind.
Die Spritzgussvorrichtung 100 für Bremsscheiben umfasst eine Füllvorrichtung 112 für geschmolzenes Material, die auf dem Ständer 111 platziert ist, und eine Gussvorrichtung 113. Die Gussvorrichtung 113 umfasst eine Gussform 114. Das Bezugszeichen 115 bezeichnet eine Zuführungsvorrichtung für geschmolzenes Material zum Zuführen des geschmolzenen Materials 124, wie z. B. eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs in die Füllvorrichtung 112 für geschmolzenes Material.
Die Füllvorrichtung 112 für geschmolzenes Material umfasst eine Beförderungsvorrichtung 121, eine Hiev-Vorrichtung, die auf der Beförderungsvorrichtung 121 vorgesehen ist, und eine Spritzvorrichtung 123, die auf der Hiev-Vorrichtung montiert ist. Der geschmolzene Metallmatrix-Verbundwerkstoff 124 wird in den Hohlraum 151 der Gussform 140 von der Spritzvorrichtung 123 eingespritzt.
Die Beförderungsvorrichtung 121 bewegt die Hiev-Vorrichtung 122 und die Spritzvorrichtung 123 zu der Seite der Zuführungsvorrichtung 115 für geschmolzenes Material (in der durch den Pfeil (1) gezeigten Richtung) wie durch eine durchsichtige Linie gezeigt ist, und das von der Zuführungsvorrichtung 115 für geschmolzenes Material zugeführte, geschmolzene Material 124 wird befördert (in der Richtung, die durch den Pfeil (2) gezeigt ist). Die Hiev-Vorrichtung 122 bewegt sich aufwärts, wie durch eine durchsichtige Linie gezeigt ist (in der Richtung, die durch den Pfeil (3) gezeigt ist), um die Spritzvorrichtung 123 mit der Gussform 114 zu verbinden, und bewegt sich abwärts, nachdem die Spritzvorrichtung 123 das geschmolzene Material 124 eingespritzt hat.
Die Gussvorrichtung 113 umfasst eine Gussform-Montierungsplatte 125 (feststehende Platte 125a, bewegliche Platte 125b) zur Montierung der Gussform 114, einen Befestigungsbalken 126 zum Tragen der Gussform-Montierungsplatte 125, einen Zylinder 127 zum Öffnen und Schließen der Gussform 114, und einen Gelenkstangenmechanismus 128. In diesem Beispiel wird Öffnen und Schließen der Gussform 114 in der seitlichen (horizontalen) Richtung durchgeführt. Die bewegliche Platte 125b bewegt sich in die Gussform-Öffnungsrichtung (in der Richtung, die durch den Pfeil (4) gezeigt ist), wie in einer durchsichtigen Linie gezeigt ist, um die Gussform 114 zu öffnen, und die in Form gegossene Bremsscheibe wird durch die Entfernvorrichtung (nicht gezeigt) herausgenommen.
19 ist ein perspektivische Ansicht der durch die Gussvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Bremsscheibe. Die Bremsscheibe 130 umfasst einen Bremsringabschnitt 131 als scheibenförmigen Scheibenabschnitt, und einen zylindrischen Nabenabschnitt 135, der integral mit dem Bremsringabschnitt 131 ausgebildet ist und sich nach außen erstreckt. Der Nabenabschnitt 135 umfasst einen Deckelabschnitt 132 auf dessen hervorspringendem, äußerem Ende. Der Deckelabschnitt 132 ist mit einer Öffnung in dessen Zentrum ausgebildet. Der Nabenabschnitt 135 erstreckt sich durch einen konstanten Abstand L von der äußeren Oberfläche 136 des Bremsringabschnitts 131 zu der äußeren Oberfläche des Deckelabschnitts 132.
20 und 21 zeigen eine Gussform. Die Gussform 114 umfasst eine feststehende Gussform 141 und die bewegliche Gussform 142. Die feststehende Gussform 141 ist mit einer feststehende-Seite-Gussformoberfläche 143 ausgebildet. Die feststehende-Seite-Gussformoberfläche 143 ist mit einem Überlaufabschnitt 144 an dessen oberer Seite ausgebildet. Die feststehende-Seite-Gussformoberfläche 143 ist mit einem Eingusskanal 145 ausgebildet, der mit der Gussformoberfläche 143 an dessen unterem Abschnitt verbunden ist. Zwei Stiftlöcher 146, 146 (siehe 21) zur Positionierung sind auf der feststehenden Gussform 141 ausgebildet. Die bewegliche Gussform 142 ist mit einer bewegliche-Seite-Gussformoberfläche 147 ausgebildet. Die bewegliche Gussform 142 ist mit einem Eingusskanal 148 ausgebildet, der mit der bewegliche-Seite-Gussformoberfläche 147 an deren unterem Abschnitt verbunden ist. Die Positionierungsstifte 149, 149 zum Einbringen in die Stiftlöcher 146, 146 sind auf der beweglichen Gussform 142 vorgesehen. Die feststehende-Seite-Gussformoberfläche 143 und die bewegliche-Seite-Gussformoberfläche 147 definieren einen Hohlraum 151 der Gussform 114. Die Gussform 114 ist eine Gussform mit einem Überlaufabschnitt 144, der auf dem oberen Abschnitt 152 des Hohlraums 151 umgestülpt ist, sodass der Hohlraum 151 in der vertikalen Richtung ausgerichtet ist. Das Bezugszeichen 153 bezeichnet eine Trennungslinie.
In 21 bezeichnet das Bezugszeichen 155 eine Trennungsoberfläche der feststehenden Gussform 151, und das Bezugszeichen 156 bezeichnet die Trennungsoberfläche der beweglichen Gussform 142.
Die feststehende-Seite-Gussformoberfläche 143 umfasst eine feststehende-Seite-Gussformoberfläche für Ringe 161 zum Bilden von Bremsringabschnitten 131 (siehe 19), eine feststehende-Seite-Gussformoberfläche für Naben 162 zum Bilden der Nabenabschnitte 135, und eine feststehende-Seite-Gussformoberfläche für Deckel 163 zum Bilden der Deckelabschnitte 132 (siehe 19). Die bewegliche-Seite-Gussformoberfläche 147 umfasst eine bewegliche-Seite-Gussformoberfläche für Ringe 164 zum Bilden der Bremsringabschnitte 131, eine bewegliche-Seite-Gussformoberfläche für die Naben 165 zum Bilden von Naben 135, und eine bewegliche-Seite-Gussformoberfläche für die Deckel 166 zum Bilden der Deckelabschnitte 132. In anderen Worten, der Hohlraum 151 zum Bilden der Bremsringabschnitte 131 (siehe 20) ist durch die bewegliche-Seite-Gussformoberfläche für Ringe 161 und durch eine bewegliche-Seite-Gussformoberfläche für Ringe 164 definiert, und der Hohlraum 151 zum Bilden von Deckelabschnitten 132 (siehe 19) wird durch die feststehende-Seite-Gussformoberfläche für Deckel 163 und durch die bewegliche-Seite-Gussformoberfläche für Deckel 166 definiert.
Der Überlaufabschnitt 144 umfasst eine Mehrzahl von Ausnehmungen 171, 172, 173, 174, 175, die sich radial von dem Zentrum 176 der Gussform in der Form von Nuten auf dem oberen Abschnitt der feststehende-Seite-Gussformoberfläche für Ringe 161 erstrecken.
22 ist eine perspektivische Ansicht der Bremsscheibe, die aus einem Gusserzeugnis, das durch die Verwendung der Gussvorrichtung der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, gebildet ist. Das Gusserzeugnis 177 der Bremsscheibe ist durch eine Mehrzahl von rippenförmigen Vorsprüngen 179, die sich radial von dem Zentrum 181 des Bremsringabschnitts 133 auf deren äußeren Oberfläche 136 durch den Überlaufabschnitt erstrecken, gebildet.
Der Betrieb der oben beschriebenen Bremsscheiben-Gussvorrichtung wird jetzt beschrieben.
23A bis 23C sind Ansichten, die den Betrieb der Bremsscheiben-Gussvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, in welcher der Fluss des geschmolzenen Materials 124 in den Hohlraum in einer schematischen Form gezeigt ist. (a) zeigt Seitenansichten der feststehenden Gussform 114 und (b) zeigt Innenaufrisse davon.
In 23A(a) wird der geschmolzene Metallmatrix-Verbundwerkstoff 124 in die Gussform 114 aufwärts von unten unter Verwendung der Spritzvorrichtung 123 eingespritzt. Das geschmolzene Material 124 zweigt nach links und nach rechts ab und fließt in den Hohlraum 151, wie durch die Pfeile (5), (5) gezeigt ist. Zur selben Zeit, wenn es in den in (b) gezeigten Hohlraum 151 fließt, arbeitet der Kühlungsprozess an den oberen Enden 183, 183 des geschmolzenen Materials 124.
In 23B(a) und (b) fließt das geschmolzene Material 124 in den Hohlraum 151, wie durch die Pfeile (6), (6) gezeigt ist, und geht in den Überlaufabschnitt 144. Da das Volumen des Fließwegs (Hohlraum 151) durch die Ausnehmungen 171, 172 des Überlaufabschnitt 144 vergrößert ist, um die Menge an geschmolzenem Material 124 zu vergrößern, widerstehen die oberen Enden 183, 183 einer Senkung der Temperatur. Zusätzlich schwächt die Zunahme des Volumens des Fließwegs (Hohlraum 151) einen Widerstand ab, der auf das geschmolzene Material 124 wirkt, und verhindert ein Festhalten des geschmolzenen Materials 124.
Wie in 23C(a) und (b) gezeigt ist, werden die oberen Enden 183, 183 des geschmolzenen Materials 124 weiter in den Überlaufabschnitt 144 gedrückt. In anderen Worten tragen die Ausnehmungen 173, 174 des Überlaufabschnitts 144 dazu bei, das Volumen an enthaltenem, geschmolzenem Material zu vergrößern, wodurch sie zur Wärmeerhaltung und zur Verhinderung von Festhalten beitragen.
Wenn das geschmolzene Material 124 in die Ausnehmung 175 an dem Zentrum des Überlaufabschnitts 144 geht und wenn dann die oberen Enden 183, 183 des geschmolzenen Materials 124 miteinander verbunden werden, werden die oberen Enden 183, 183 gegeneinander gedrückt, um die Verbindung 184 vollständig zu schmelzen. Dadurch kann das Auftreten von Kaltschweißstellen und Narben verhindert werden.
Ein Vorsehen des Überlaufabschnitts 144 derart, dass er der äußeren Oberfläche 136 des Bremsringabschnitts 131 zugewandt ist, kann den Querschnittsbereich der Einlassöffnung 185 des Überlaufabschnitts 144 vergrößern. Als eine Konsequenz wird der Widerstand des Einfließens des geschmolzenen Materials in den Überlaufabschnitt 144 reduziert und gleichzeitig das Volumen an enthaltenem, geschmolzenem Material erhöht, wodurch einem Senken der Temperatur des geschmolzenen Materials 124 widerstanden wird.
Da der Überlaufabschnitt 144 sich radial von dem Zentrum 181 des Bremsringabschnitts 131 in dem Zustand von Nuten erstreckt, öffnet sich zusätzlich die Einlassöffnung 185 des Überlaufabschnitts 144 von der Zentral-181-Seite zu der Rand-186-Seite. Als eine Konsequenz nimmt das Volumen des zwischen der Zentral-181-Seite und der Rand-186-Seite enthaltene Material zu, wodurch die Temperatur des geschmolzenen Materials von der Zentral-181-Seite zu der Rand-186-Seite einer Senkung widersteht und dadurch können die oberen Enden 183, 183 des geschmolzenen Materials 124 vollständig geschmolzen werden. Dadurch können Kaltschweißstellen und Narben vollständig verhindert werden.
Da sich der Überlaufabschnitt 144 radial von dem Zentrum 181 des Bremsringsabschnitts 131 in der Form von Nuten erstreckt, können die Vorsprünge 179 (siehe auch 2), die durch den Überlaufabschnitt 144 gebildet sind, gleichzeitig mit dem Schneidebetrieb des Bremsringsabschnitts 131 (siehe auch 19) abgeschnitten werden, sodass der Vorsprung 179 einfach entfernt werden kann.
Da sich der Überlaufabschnitt 144 radial von dem Zentrum 181 des Bremsringsabschnitts 131 in der Form von Nuten erstreckt, kann der gleiche Effekt erwartet werden, sogar, wenn die Position der Verbindung zwischen den oberen Enden 183, 183 des geschmolzenen Materials 124 sich ändert. In anderen Worten, die Verbindung 184 des geschmolzenen Materials 124 wird nicht notwendigerweise in den Ausnehmungen 175 gebildet, aber der gleiche Effekt kann zwischen der Ausnehmung 171 und der Ausnehmung 175 erzielt werden, sogar wenn die Position der Verbindung 184 variiert.
24A und 24B sind Vergleichsansichten von in Form gegossenen Bremsscheiben.
24A zeigt eine Bremsscheibe 108 mit darauf erzeugten Kaltschweißstellen 106 und Narben 107, die durch die Bremsscheiben-Gussvorrichtung vom Stand der Technik gebildet ist.
24B zeigt eine Bremsscheibe 130, die durch die Bremsscheiben-Gussvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist. Wie in der Figur gezeigt ist, werden Kaltschweißstellen 106 und Narben 107 durch die Gussvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erzeugt.
Eine weitere Ausführung des Bremsscheiben-Gussmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Bezugnahme auf die 25 und die 26 beschrieben.
25 ist eine Querschnittsansicht des wichtigsten Abschnitts der Gussform 214. Die Gussform 214 (feststehende Gussform 241, bewegliche Gussform 242) weist einen Überlaufabschnitt 244 oberhalb des Hohlraums 251 in Verbindung mit dem äußeren Rand 288 des Hohlraums 251 auf. Die Bezugszeichen 245 und 248 bezeichnen einen Eingusskanal.
26 ist eine Ansicht der in 25 gezeigten, beweglichen Gussform 242, entlang der Linie 26-26. Der Überlaufabschnitt 244 ist aus einer Mehrzahl von muldenförmigen Ausnehmungen 291 gestaltet, die auf der Trennungsoberfläche 256 der beweglichen Gussform 242 gebildet sind, und ebenso aus muldenförmigen Ausnehmungen 292, die auf der feststehenden Gussform 241 (siehe 25) gebildet sind.
Wie in der Figur gezeigt ist, da der Überlaufabschnitt 244 über dem Hohlraum 251 in Verbindung mit dem äußeren Rand 288 des Hohlraums 251 vorgesehen ist, ist Luft, die durch das geschmolzene Material gedrückt wurde, in den Überlaufabschnitt 244 geflossen, und dadurch setzt das geschmolzene Material Luft in dem Überlaufabschnitt 244 unter Druck. Folglich nimmt das Volumen des enthaltenen, geschmolzenen Materials zu, und dadurch wird das Senken der Temperatur verhindert. Zusätzlich werden, da Luft nicht in dem Hohlraum 251 bleibt, obere Enden des geschmolzenen Materials positiv miteinander in Kontakt gebracht, sodass die oberen Enden des geschmolzenen Materials zusammengeschmolzen werden. Dadurch kann das Auftreten von Kaltschweißstellen und Narben verhindert werden.
Nun wird bezugnehmend auf 27 und 28 eine noch weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben.
27 ist eine Querschnittsansicht des wichtigsten Abschnitts der Gussform 314. Die Gussform 314 (feststehende Gussform 341, bewegliche Gussform 342) umfasst Heizmittel, wie z. B. Heizgeräte 394, 395 an den Positionen in der Nähe des oberen Abschnitts des Hohlraums 351. Heizgerätelöcher 396, 397 sind an vorgeschriebenen Abständen S, S entfernt von dem Hohlraum 351 ausgebildet, und Heizpatronen 398, 398 sind in die Heizgerätelöcher 396, 397 eingelassen. Die Bezugszeichen 345 und 348 bezeichnen einen Eingusskanal.
28 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 28-28 in 27 genommen ist. Das Heizgerät 394 umfasst 3 Heizpatronen 398, 398, 398, die an vorgeschriebenen Stellungen P vorgesehen sind. Das Heizgerät 395 hat die gleiche Struktur, wie das Heizgerät 394, und deshalb wird die Beschreibung weggelassen.
Wie in der Figur gezeigt ist, da 3 Heizpatronen 398 an den Positionen in der Nähe der oberen Positionen des Hohlraums 251 vorgesehen sind, kann ein Senken der Temperatur an dem oberen Ende des geschmolzenen Materials verhindert werden. Dadurch kann das Auftreten von Kaltschweißstellen und Narben verhindert werden. Da der mit dem geschmolzenen Material zu füllende Raum nur der Eingusskanal 345, 348 ist, ausgenommen für den Hohlraum 351, ist zusätzlich das Volumen klein, und dadurch kann das Material gespart werden, und die Effizienz des Schneidebetriebs kann erhöht werden.
Es kann ferner ein in 21 gezeigter Überlaufabschnitt 144 gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung auf der Gussformoberfläche zum Bilden des Deckelabschnitts vorgesehen sein.
Zusätzlich können die Ausnehmungen 171 bis 175 auf dem Überlaufabschnitt 144 fortgesetzt sein, um eine große Ausnehmung zu bilden. Der in 21 gezeigte Überlaufabschnitt 144 und der in 25 und 26 gezeigte Überlaufabschnitt 244 können kombiniert werden.
Die Bremsscheiben-Gussvorrichtung ist nicht auf die in 18 gezeigte Bremsscheiben-Gussvorrichtung 100 beschränkt. Zum Beispiel kann der Mechanismus unterschiedlich zu dem Gelenkstangenmechanismus 128 verwendet werden, und das Rohrleitungssystem kann in der Liefervorrichtung 115 für geschmolzenes Material verwendet werden. Zusätzlich kann ein elektrischer Motor zusätzlich zu dem Klemmzylinder 127 verwendet werden.
Eine Ausführung der Spritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird jetzt beschrieben.
29 zeigt eine Gussform, die mit der Spritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung verbunden werden soll. Die Gussform 414 umfasst eine feststehende Gussform 431 und eine bewegliche Gussform 432. Die feststehende Gussform 31 umfasst eine feststehende-Seite-Gussformoberfläche 433 und einen Eingusskanal 434, der in Verbindung mit der Gussformoberfläche 433 ausgebildet ist. Die bewegliche Gussform 32 umfasst eine bewegliche-Seite-Gussformoberfläche 435 und einen Eingusskanal 436, der in Verbindung mit der Gussformoberfläche 435 ausgebildet ist. Der Hohlraum 437 der Gussform 414 ist durch die feststehende-Seite-Gussformoberfläche 433 und durch die bewegliche-Seite-Gussformoberfläche 435 definiert. Das Bezugszeichen 438 bezeichnet einen Quereingusskanal, welcher für das geschmolzene Material ein Durchgang ist, der zwischen dem Hohlraum 437 und dem Eingusskanal 434, 436 verbindet. Die in 18 gezeigte Spritzvorrichtung 123 ist mit der Gussform 414 durch Anbringen in dem Eingusskanal 434, 436 verbunden. Das Bezugszeichen 441 bezeichnet eine Spritzschnittstelle.
Die in 18 gezeigte Spritzvorrichtung 123 wird im Querschnitt in 30 im Detail gezeigt. Die Spritzvorrichtung 123 umfasst einen Spritzzylinder 446 zum Speichern einer vorgeschriebenen Menge des geschmolzenen Materials auf dessen Empfang hin, einen Druckkolben 447, der sich in dem Spritzzylinder 446 auf- und abwärts bewegt, um das geschmolzene Material herauszudrücken, und einen Block 448, der abnehmbar an den Druckkolben 447 montiert ist.
Der Spritzzylinder 446 umfasst eine Innenwandoberfläche 452, die durch den vorgeschriebenen Innendurchmesser D1 festgelegt ist.
Der Druckkolben 447 umfasst einen Kopfabschnitt 453 in Gleitkontakt mit der Innenwandoberfläche 452 des Spritzzylinders 446. Der Kopfabschnitt 453 umfasst eine Drückoberfläche 454 zum Drücken des geschmolzenen Materials auf dessen oberen Oberfläche, und einen trapezförmigen Vorsprung 455, der aufwärts vorspringt, zum Tragen des Blocks 448.
Der Block 448 umfasst eine obere Oberfläche 461, die Außenumfangsoberfläche 462 und eine untere Oberfläche 463. Die untere Oberfläche 463 ist mit einer kegelförmigen Ausnehmung 464 ausgebildet. Der Außendurchmesser des Blocks 448 ist durch D2 repräsentiert. Der Außendurchmesser D2 ist kleiner als der Innendurchmesser D1 des Spritzzylinders 446 bestimmt, sodass ein vorgeschriebener Zwischenraum S gebildet wird. Insbesondere weist der Außendurchmesser D2 ein Verhältnis D2 = D1–2 × S auf, und wird klein bestimmt, um so nicht in Kontakt mit dem an die Innenwandoberfläche 452 des Spritzzylinders 446 angebrachten Rest zu kommen.
Nun wird bezugnehmend auf 31A bis 31H der Betrieb der Spritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In 31A wird der geschmolzene Metallmatrix-Verbundwerkstoff 424 dem Spritzzylinder 446 der Spritzvorrichtung 123 durch die Zuführungsvorrichtung 115 für geschmolzenes Material (siehe 18) zugeführt. Dieser Zuführungsbetrieb erzeugt einen Gießrest 466 in dem geschmolzenen Metallmatrix-Verbundwerkstoff 424. Der Gießrest 466 ist ein Rest 467, der von einem Oxid des geschmolzenen Metallmatrix-Verbundwerkstoffs 424 erzeugt wird, welches auf dem Oberflächenschichtabschnitt 468 des geschmolzenen Materials 424 erzeugt wird und an der Innenwandoberfläche 452 des Spritzzylinders 446 angebracht ist.
Nachdem das geschmolzene Material 424 zugeführt ist, wird der Spritzzylinder 446 aufwärts bewegt, wie durch den Pfeil (5) gezeigt ist, sodass die obere Endfläche des Spritzzylinders 446 in engem Kontakt mit der Spritzschnittstelle 441 der Gussform 414 gebracht wird, wie durch eine durchsichtige Linie gezeigt ist.
In 31B startet die Einspritzung, nachdem der Spritzzylinder 446 in der Gussform 41 angebracht ist. In anderen Worten, wenn der Druckkolben 447 in den Spritzzylinder 446 aufwärtsbewegt wird, wie durch den Pfeil (6) gezeigt ist, um das geschmolzene Material 424 herauszudrücken, wird das geschmolzene Material 424 in den Quereingusskanal 438 und den Hohlraum 437 gedrückt.
In 31C, wenn der Druckkolben 447 weiter aufwärtsbewegt wird, um die Einspritzung des geschmolzenen Materials 424 fortzusetzen, bewegt sich der Druckkolben 447 aufwärts, während der an der Innenwandoberfläche 452 des Spritzzylinders 446 anhaftende Rest 467 abgekratzt wird. Jedoch, da der Block 448 einen kleinen Durchmesser aufweist, sodass er nicht in Kontakt mit dem an der Innenwandoberfläche 452 des Spritzzylinders 446 haftenden Rest 467 gebracht wird, wird der Rest 467 nicht abgekratzt. Folglich kann der Block 448 den Zentralabschnitt des geschmolzenen Materials 424 drücken, das keinen Rest 467 darin aufweist. Der durch den Druckkolben 447 abgekratzte Rest 467 bleibt in dem Zwischenraum S, sodass er nicht in den Zentralabschnitt des geschmolzenen Materials 424 gemischt wird.
In 31D, wenn der Druckkolben 447 einen vorgeschriebenen Hub erreicht und Einspritzen des geschmolzenen Materials 424 ausgeführt ist, bleibt der abgekratzte Rest 467 in dem Spritzzylinder 446 und stoppt an der Position nahe des Quereingusskanals 438. Dadurch fließt er nicht in den Hohlraum 437.
Nachdem das geschmolzene Material 424 erstarrt ist, wird der Druckkolben 447 gesenkt, wie durch den Pfeil (7) gezeigt ist. Da der Block 448 abnehmbar an dem Kopfabschnitt 453 des Druckkolbens 447 platziert ist, wird der Block 448 einfach von dem Druckkolben 447 getrennt, wenn der Druckkolben 447 sich abwärts bewegt, und der Block 448 bleibt in dem Abschnitt 472 des Gusserzeugnisses 471 entsprechend dem Eingusskanal.
In 31E wird, um das Gusserzeugnis 471 aus der Gussform 414 zu nehmen, die Spritzvorrichtung 123 abwärts bewegt, wie durch den Pfeil (8) gezeigt ist, und dann wird die bewegliche Gussform 432 der Gussform 414 in die durch den Pfeil (9) gezeigte Richtung bewegt, um zu öffnen. In 31F wird der dem Eingusskanal entsprechende Abschnitt 472 des Gusserzeugnisses 471 durch den Hammer 480 o. dgl. gestoßen, um den Block 448 von dem dem Eingusskanal entsprechenden Abschnitt 472 des Gusserzeugnis zu trennen. Die Härte des Blocks 448 ist höher als die von Metallmatrix-Verbundstoff, nachdem er erstarrt ist, keine Verformung oder Kratzer ist aufgetaucht, sogar wenn ein Einschlag auf dem Block 448 ausgeübt wird.
31G zeigt einen Block 448, der gerade aus der Gussform genommen wurde. Da der Block 448 keine Verformung oder Kratzer aufweist, kann er wiederholt verwendet werden, wodurch die Produktionskosten reduziert werden.
In 31H wird der Block 448 erneut auf dem Kopfabschnitt 453 des Druckkolbens 447 der Spritzvorrichtung 123 platziert. In diesem Fall kann, da die Ausnehmung 446 des Blocks 448 auf dem Vorsprung 455 des Kopfabschnitts 453 angepasst ist, der Block 448 präzise darauf positioniert werden, und dadurch kann der Zwischenraum S festgelegt werden.
In der Spritzvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist das Beispiel, in welchem der Block 448 auf dem in 30 gezeigten Druckkolben 447 platziert wird, als eine Ausführung gezeigt. Jedoch können der Druckkolben 447 und der Block 448 integral ausgebildet sein.
Während der Vorsprung 455 des Druckkolbens 447 an die Ausnehmung 446 des Blocks 448 angepasst ist, besteht keine Beschränkung auf den Vorsprung 455 und die Ausnehmung 464. Es kann auch das Loch und der Stift sein, die angepasst sind.
Die Konfiguration des Hohlraums 437 der Gussform 414 ist nur als Beispiel dargestellt, und daher ist sie dadurch in der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt.
Ein Verfahren zum Spritzgießen eines metallischen Materials wird offenbart, in welchem ein Spritzmaterial (40), das ein halb erstarrtes, metallisches Material (41) und ein geschmolzenes, metallisches Material (42) umfasst, in einen Hohlraum (22) einer Gussform (21, 23) von einem Spritzzylinder (25) durch einen Eingusskanal (24) davon eingespritzt wird. Ein Kein-Erzeugnisabschnitt, der an dem Eingusskanal der Gussform vorhanden ist, wird von einem Erzeugnisabschnitt getrennt, während er immer noch heiß ist. Der getrennte Hochtemperatur-Kein-Erzeugnisabschnitt wird zu einem Barren (48) in dem Spritzzylinder pressgeformt. Die Verwendung von Wärme von dem Spritzmaterial zum Schmelzen des Hochtemperaturbarrens ermöglicht eine Wiederverwendung des Kein-Erzeugnisabschnitts, der an dem Eingusskanal verblieben ist, und eine Verminderung von Wärmeenergie, die zum Schmelzen des Barrens erforderlich ist.

Claims

Verfahren zum Druckgießen eines metallischen Materials, bei welchem ein Spritzmaterial (40), das ein halb erstarrtes metallisches Material (41) oder ein geschmolzenes metallisches Material (42) umfasst, von einem Spritzzylinder (25) in einen Hohlraum (22) einer Gussform (21, 23) durch einen Eingusskanal (24) davon eingespritzt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Herausnehmen eines Gusserzeugnisses (45) von der Gussform, während das Gusserzeugnis noch heiß ist, wobei das Gusserzeugnis einen Erzeugnisabschnitt (46) aufweist, der in dem Hohlraum geformt ist, und einen nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitt (47) aufweist, der an dem Eingusskanal verbleibt; Trennen des nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitts von dem Gusserzeugnis, während der nicht Teil des Erzeugnis bildende Abschnitt in einem Zustand hoher Temperatur ist; Formen des nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitts hoher Temperatur zu einem Barren (48); Setzen des Barrens in den Spritzzylinder; und Füllen des Spritzmaterials in den Spritzzylinder, um zu veranlassen, dass der Barren in das Spritzmaterial einschmilzt, um dadurch den Barren für einen folgenden Spritzzyklus bereit zu machen, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfasst: Vorbereiten eines metallischen Materials (41) in einem halb erstarrten Zustand und eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs (42) in einem geschmolzenen Zustand, um als Spritzmaterial (40) zu dienen; Füllen des metallischen Materials und des Metallmatrix-Verbundwerkstoffs in den Spritzzylinder (25), sodass das metallische Material nahe an einem Druckkolben (30) des Spritzzylinders (25) positioniert ist und der Metallmatrix-Verbundwerkstoff nahe an dem Eingusskanal (24) positioniert ist, sodass die Materialien in den Hohlraum (22) in einer Sequenz von Metallmatrix-Verbundwerkstoff und metallischem Material eingespritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Herausnehmens ausgeführt wird, während das Gusserzeugnis (45) bei einer Temperatur von 400 bis 100°C gehalten wird.
Verfahren zum Spritzgießen eines metallischen Materials, bei welchem ein Spritzmaterial (40), das ein halb erstarrtes metallisches Material (41) oder ein geschmolzenes metallisches Material (42) umfasst, von einem Spritzzylinder (25) in einen Hohlraum (22) einer Gussform (21, 23) durch einen Eingusskanal (24) davon eingespritzt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Herausnehmen eines Gusserzeugnisses (45) von der Gussform, während das Gusserzeugnis noch heiß ist, wobei das Gusserzeugnis einen Erzeugnisabschnitt (46) aufweist, der in dem Hohlraum geformt ist, und einen nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitt (47) aufweist, der an dem Eingusskanal verbleibt; Trennen des nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitts von dem Gusserzeugnis, während der nicht Teil des Erzeugnis bildende Abschnitt in einem Zustand hoher Temperatur ist; Formen des nicht Teil des Erzeugnis bildenden Abschnitts hoher Temperatur zu einem Barren (48), wobei der nicht Teil des Erzeugnis bildende Abschnitt (47) hoher Temperatur in dem Spritzzylinder (25) angeordnet wird, sodass in dem Spritzzylinder der nicht Teil des Erzeugnis bildende Abschnitt zu dem Barren (48) pressgeformt wird; und Füllen des Spritzmaterials in den Spritzzylinder, um zu veranlassen, dass der Barren in das Spritzmaterial einschmilzt, um dadurch den Barren für einen folgenden Spritzzyklus bereit zu machen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der nicht Teil des Erzeugnis bildende Abschnitt bei einer Temperatur von 400 bis 100°C pressgeformt wird.
Vorrichtung zum Formen einer Bremsscheibe (130), umfassend einen scheibenförmigen Bremsringabschnitt (131), einen zylindrischen Nabenabschnitt (135), der integral mit dem Bremsringabschnitt ausgebildet ist und in einer seitlichen Richtung einen vorbestimmten Abstand vorspringt, und einen Deckelabschnitt (132), der integral mit einem oberen Ende des Nabenabschnitts ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine formgebende Gussform, umfassend eine feststehende Gussform (141) und eine bewegliche Gussform (142), die einen Hohlraum (151) dazwischen definieren, wobei die formgebende Gussform so positioniert ist, dass der Abschnitt des Hohlraums zum Bilden des Bremsringabschnitts und der Abschnitt des Hohlraums zum Bilden des Deckelabschnitts vertikal angeordnet sind; wobei der Hohlraumabschnitt zum Bilden des Bremsringabschnitts einen Überlaufabschnitt (144) aufweist, um ein Volumen des Hohlraums an einem oberen Teil davon zu vergrößern, sodass, wenn von unten ein geschmolzener Metallmatrix-Verbundwerkstoff (124) in den Hohlraum aufwärts gegossen wird, der geschmolzene Verbundwerkstoff nach dem Hohlraumabschnitt in den Überlaufabschnitt fließt; wobei der Überlaufabschnitt (144) in gegenüberstehender Beziehung zu einer Seitenoberfläche des Bremsringabschnitts (131) vorgesehen ist; und wobei der Überlaufabschnitt (144) eine oder mehrere Ausnehmungen (171, 172, 173, 174, 175) umfasst, die sich radial von einem Zentrum des Bremsringabschnitts (131) erstrecken und in der Form einer Nut vorgesehen sind.
Spritzvorrichtung, umfassend eine formgebende Gussform, in welche ein geschmolzener Metallmatrix-Verbundwerkstoff (424) aufwärts von unten gegossen wird, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Spritzzylinder (446), der vertikal vorgesehen ist; einen Druckkolben (447), der vertikal beweglich innerhalb der Spritze angeordnet ist; einen Block (448), der sich aufwärts von einem oberen Ende des Druckkolbens erstreckt und einen äußeren Durchmesser (D2) aufweist, der kleiner als ein innerer Durchmesser (D1) des Spritzzylinders ist, wobei der Spritzzylinder eine Innenwandoberfläche (452) aufweist, die in Verbindung mit einer Außenumfangsoberfläche des Blocks einen Zwischenraum (S) zur Aufnahme eines Rests (467) des geschmolzenen Metallmatrix-Verbundwerkstoffs definiert.
Spritzvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Block (448) abnehmbar an dem Druckkolben (447) befestigt ist.
Spritzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Druckkolben (447) einen Kopfabschnitt (453) mit aufwärts vorspringendem Vorsprung (455) aufweist, und wobei der Block (448) eine Ausnehmung (464) aufweist, die auf einer unteren Oberfläche davon vorgesehen ist, sodass der Vorsprung des Druckkolbens abnehmbar in der Ausnehmung des Blocks angebracht werden kann.
Spritzvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Block (448) aus einem Material gebildet ist, das nach Erstarrung härter als der Metallmatrix-Verbundwerkstoff ist.