Entwicklung einer Fertigungstechnik (maschinentechnische Grundlagen) für Metall-Kapillardruckgießprozesse
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gegenstand der Arbeiten war die Weiterentwicklung des sogenannten Metall-Kapillardruckgießens. Hierbei wird die Gusslegierung in Form einer zwischen die Gießformhälften eingelegten Folie angeboten, aufgeschmolzen und durch die Wirkung der Kapillarkraft in die Kavität gezogen. Nach der vollständigen Verflüssigung der Gusslegierung wird die obere Gießformhälfte durch das Beaufschlagen mit einer Gewichtskraft auf die untere Hälfte gepresst und damit die überschüssige Schmelze aus dem Trennspalt der Form verdrängt. Im Stadium des Füllens der Form ist hinsichtlich des Erzielens einer hohen Konturentreue und Oberflächengüte des Gussteils eine temporär wirksame Metallisierung von Bedeutung, die zunächst als eine Benetzungsschicht wirkt, sich aber nach Formfüllung vollständig auflöst und damit die Entnahme des Gussteils aus der Form ermöglicht. Während die Gießprozesse immer unter Hochvakuumbedingungen erfolgten, wurden hinsichtlich der Wärmeeinbringung unterschiedliche Ansätze untersucht. Die indirekte Erwärmung über eine Strahlheizung, welche grundsätzlich für alle Formwerkstoffe geeignet ist, bedeutet lange Aufheiz- und Prozesszeiten. Erfolgreich durchgeführte Versuche mittels Mikrowellenbestrahlung erforderten Mikrowellensuszeptoren (Siliziumcarbid, Graphit) als strahlungsadsorbierenden Formwerkstoff. Hiermit wurden zwar hohe Aufheizgeschwindigkeiten erreicht, die Temperaturregelung erwies sich allerdings als problematisch. Als erfolgversprechendes drittes Verfahren wurde die induktive Erwärmung von aus Metall bestehenden Formen, welche sich durch hohe Aufheizgeschwindigkeiten und gute Regelbarkeit auszeichnet, untersucht. Ein Schwerpunkt der Arbeiten der 2. Förderperiode war die Entwicklung und der Einsatz von Gießformen aus Chrom-Nickelstählen. Es konnte nachgewiesen werden, dass dieser Formwerkstoff mittels Mikrofräsen einfach und mit hoher Oberflächenqualität bearbeitet werden kann und damit wesentliche Vorteile zu den im ersten Förderzeitraum eingesetzten keramischen Formwerkstoffen bietet. Die chemische Inertheit gegenüber Gusslegierungen wurde durch eine geeignete Passivierung erreicht. Die als Modellgeometrien ausgewählten Mikrozahnräder ließen sich in den passivierten und mit einer temporär wirksamen Benetzungsschicht aus PVD-technisch abgeschiedenen Kupfer versehenden metallischen Formen mit hoher Konturentreue und Oberflächengüte abgießen, wenn die hierfür optimierten Prozessparameter Gießtemperatur und Haltezeit bei der induktiven Erwärmung eingehalten wurden. Somit konnte das bisher nur im Labormaßstab durchführbare Metall-Kapillardruckgießen hinsichtlich einer industrierelevanten Fertigungstechnik erfolgreich weiterentwickelt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Entwicklung einer Fertigungstechnik für Metall- Kapillardruckgießprozesse. 5. Kolloquium Mikroproduktion und Abschlusskolloquium SFB 499, Karlsruhe, 2011, S. 193-198
Bach, Fr.-W.; Möhwald, K.; Prehm, J.
-
Oberflächenveredlung von Mikrobauteilen mittels Metall-Kapillardruckgießens, Mikroproduktion 10 (2012) 3, S. 62-67
Prehm, J.; Dellinger, P.; Holländer, U.; Möhwald, K.; Bach, Fr.-W.
-
Metall- Kapillardruckgießen - Gießen im Mikrometermaßstab. Schriftenreihe Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen, 2010, S. 307-312, ISBN 978-3-00-032471-0
Bach, Fr.-W.; Möhwald, K.; Prehm, J.; Roxlau, C.
