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DE112017005531T5 - Composite part with external part molded around an internal insert and method of making same - Google Patents

Composite part with external part molded around an internal insert and method of making same Download PDF

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DE112017005531T5
DE112017005531T5 DE112017005531.8T DE112017005531T DE112017005531T5 DE 112017005531 T5 DE112017005531 T5 DE 112017005531T5 DE 112017005531 T DE112017005531 T DE 112017005531T DE 112017005531 T5 DE112017005531 T5 DE 112017005531T5
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DE
Germany
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insertion component
internal insertion
external
component
internal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE112017005531.8T
Other languages
German (de)
Inventor
Alexandre Reikher
Sam Kassoumeh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shiloh Industries Inc
Original Assignee
Shiloh Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shiloh Industries Inc filed Critical Shiloh Industries Inc
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Verbundwerkstoffteile und Verfahrens zum Herstellen derselben werden offenbart. Ein Verbundwerkstoffteil kann eine interne Einfügungskomponente aufweisen, die auf zumindest einem Abschnitt seiner Oberfläche mit verschiedenen Arten von Partikeln beschichtet ist, eine externe Teilkomponente aufweisen, die um die beschichtete Einfügung gegossen ist, und ein partikelreichen Bereich aufweisen, der zwischen den zwei Komponenten gebildet ist, wo der partikelreiche Bereich Partikel der beschichteten Einfügung aufweist. Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffteile kann folgende Schritte aufweisen: Anordnen einer internen Einfügungskomponente, die auf zumindest einem Abschnitt ihrer Oberfläche beschichtet ist, in einer Gussformhöhle einer Gussform; Gießen eines geschmolzenen Materialien der externen Teilkomponente um die beschichtete Einfügung; und Aushärten des geschmolzenen Materialien zum Bilden der externen Teilkomponente des Verbundwerkstoffteile.Composite parts and method of making the same are disclosed. A composite member may include an internal insertion component coated on at least a portion of its surface with various types of particles, having an external subcomponent molded around the coated insertion, and having a particle rich region formed between the two components. where the particle-rich region has particles of coated insertion. A method of manufacturing a composite part may include the steps of: placing an internal insertion component coated on at least a portion of its surface in a mold cavity of a mold; Pouring a molten material of the external subcomponent around the coated insert; and curing the molten materials to form the external subcomponent of the composite parts.

Description

Querverweis auf verwandte AnmeldungenCross-reference to related applications

Diese Anmeldung nimmt die Priorität der U.S. Provisional Patentanmeldung Nr. 62/415,896 , eingereicht am 1. November 2016, in Anspruch, wobei deren Inhalte hierin ausdrücklich durch vollständige Bezugnahme eingefügt sind.This application takes the priority of US Provisional Patent Application No. 62 / 415,896 , filed on Nov. 1, 2016, the contents of which are expressly incorporated herein by reference.

Gebietarea

Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbundwerkstoffteile und, insbesondere, Verbundwerkstoffteile, die eine leichte interne Einfügungskomponente und eine formgegossene externe Teilkomponente aufweisen.The present disclosure relates to composite parts and, more particularly, to composite parts having a slight internal insertion component and a molded external component part.

Hintergrundbackground

Verbundwerkstoffteile, die verschiedene Materialien einsetzen, können vorteilhaft eine Mischung von Materialeigenschaften bereitstellen. Zum Beispiel kann ein erstes Material eine relative Stärke oder Widerstandsfähigkeit bereitstellen, während ein zweites Material, das verschieden von dem ersten ist, eine geringes Gewicht oder andere gewünschte Charakteristiken bereitstellen kann.Composite parts employing different materials can advantageously provide a blend of material properties. For example, a first material may provide a relative strength or resistance, while a second material that is different from the first may provide a light weight or other desired characteristics.

Verbundwerkstoffteile sind oft schwierig zusammenzubauen oder auszuformen, aufgrund der voneinander abweichenden Materialeigenschaften der mehreren verwendeten Materialien. Lediglich als ein Beispiel kann ein Material einen Wärmeausdehnungskoeffizienten verschieden von dem anderen aufweisen und als Ergebnis können die zwei Materialien verschiedene auf jeglicher Heißformtechnik (z.B. Gießen) oder ein Abkühlen von derselben reagieren. Genauer können die verschiedenen Ausdehnungsraten in Rissen, Verlagerungen, Lücken oder Ähnlichem zwischen den verschiedenen Materialien resultieren. Als Ergebnis kann eine Verbindung zwischen den verschiedenen Materialien geschwächt oder auf andere Weise negativ beeinflusst sein.Composite parts are often difficult to assemble or mold because of the divergent material properties of the multiple materials used. By way of example only, one material may have a coefficient of thermal expansion different from the other, and as a result, the two materials may react differently on any hot forming technique (e.g., casting) or cooling thereof. Specifically, the various rates of expansion may result in cracks, displacements, voids, or the like between the various materials. As a result, a connection between the different materials may be weakened or otherwise adversely affected.

Daher besteht ein Bedarf an einem Verbundwerkstoffteil, das die voranstehend genannten Nachteile adressiert.Therefore, a need exists for a composite part that addresses the above drawbacks.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt Perspektivansicht eines Beispiels eines Verbundwerkstoffteils, das eine interne Einfügungskomponente und eine externe Teilkomponente aufweist; 1 FIG. 12 is a perspective view of an example of a composite part having an internal insertion component and an external subcomponent; FIG.
  • 2 zeigt eine Vorderansicht eines Beispiels einer Hochdruck-Formgussbefestigung; 2 Fig. 11 is a front view of an example of a high-pressure molding attachment;
  • 3A zeigt eine Vorderansicht der Gussform der 2, die darstellt wie geschmolzenes Material in eine Gießkammer der Befestigung gebracht wird; 3A shows a front view of the mold of the 2 depicting how molten material is brought into a casting chamber of the fixture;
  • 3B zeigt eine Vorderansicht der Gussform der 2, die zeigt wie ein Gießkolben das geschmolzene Material durch die Gießkammer zwingt; 3B shows a front view of the mold of the 2 showing how a casting piston forces the molten material through the casting chamber;
  • 3C zeigt eine Vorderansicht der Gussform nach 2, die die Formöffnung zeigt, nachdem ein metallisches Teil ausgehärtet ist; 3C shows a front view of the mold after 2 showing the mold opening after a metallic part has hardened;
  • 3D zeigt eine Vorderansicht der Gussform nach 2, die Ausstoßstifte zeigt, die das metallische Teil aus der Form zwingen; 3D shows a front view of the mold after 2 showing ejector pins that force the metallic part out of the mold;
  • 4A zeigt eine Perspektivansicht einer zweiteiligen internen Einfügungskomponente, die innerhalb einer Gussform platziert ist, wie etwa die in 2 dargestellte, wobei geschmolzenes Material fließen und um die Einfügung herum aushärten kann, so dass die Einfügung in das Verbundwerkstoffteil integriert wird, gemäß einem Beispiel; 4A FIG. 12 is a perspective view of a two-part internal insertion component placed within a mold, such as those in FIG 2 shown, wherein molten material can flow and harden around the insertion, so that the insertion is integrated into the composite part, according to an example;
  • 4B zeigt eine Perspektivansicht der internen Einfügungskomponente nach 4A, dargestellt zusammengebaut und teilweise freigeschnitten; 4B shows a perspective view of the internal insertion component 4A shown assembled and partially cut away;
  • 4C zeigt eine Schnittansicht der internen Einfügungskomponente nach den 4A und 4B, dargestellt installiert in eine Gussform wie die ein 2 darge stellte; 4C shows a sectional view of the internal insertion component after the 4A and 4B , shown installed in a mold like the one 2 presented;
  • 5A zeigt eine Seitenansicht einer internen Einfügungskomponente der 5A shows a side view of an internal insertion component of
  • 4A-4C, dargestellt installiert in eine Gussform, die verschiedene Beispiele von Einfügungsstützen zum Halten der Einfügung am Platz innerhalb der Gussform zeigt; 4A-4C shown installed in a mold showing various examples of insertion posts for holding the insertion in place within the mold;
  • 5B zeigt eine Seitenansicht einer Einfügungsstütze zum Halten einer internen Einfügungskomponente am Platz innerhalb einer Gussform, gemäß einem Beispiel; 5B FIG. 12 is a side view of an insertion support for holding an internal insertion component in place within a mold, according to one example; FIG.
  • 5C zeigt eine Seitenansicht einer Einfügungsstütze zum Halten einer internen Einfügungskomponenten am Platz innerhalb einer Gussform, die einen Kühlungskanal aufweist, der innerhalb der Form bereitgestellt ist, gemäß einem Beispiel; 5C 10 shows a side view of an insertion support for holding an internal insertion component in place within a mold having a cooling channel provided within the mold, according to an example;
  • 5D zeigt eine Seitenansicht einer Einfügungsstütze zum Halten einer internen Einfügungskomponente am Platz innerhalb einer Gussform, die ein Phasenänderungsmaterial aufweist, das innerhalb eines Stützstifts bereitgestellt ist, gemäß einem Beispiel; 5D 10 shows a side view of an insertion support for holding an internal insertion component in place within a mold having a phase change material provided within a support pin, according to an example;
  • 5E zeigt eine Seitenansicht einer Einfügungsstütze zum Halten einer internen Einfügungskomponente am Platz innerhalb einer Gussform, wo der Stützstift permanent an der Form befestigt ist, gemäß einem Beispiel; 5E FIG. 12 is a side view of an insertion support for holding an internal insertion component in place within a. FIG Mold, where the support pin is permanently attached to the mold, according to an example;
  • 5F zeigt eine Seitenansicht einer Einfügungsstütze zum Halten einer internen Einfügungskomponente am Platz innerhalb einer Gussform, wo der Stützstift dazu konfiguriert ist, Flüssigkeitskühlung bereitzustellen, gemäß einem Beispiel; 5F 10 shows a side view of an insertion support for holding an internal insertion component in place within a mold where the support pin is configured to provide liquid cooling, according to an example;
  • 5G zeigt eine Seitenansicht einer Einfügungsstütze zum Halten einer internen Einfügungskomponente am Platz innerhalb einer Gussform, wo der Stützstift permanent innerhalb der Form und dazu konfiguriert ist, aktive Kühlung mittels eines Phasenänderungsmaterials bereitzustellen, gemäß einem Beispiel; 5G Fig. 12 shows a side view of an insertion support for holding an internal insertion component in place within a mold, where the support pin is permanently within the mold and configured to provide active cooling by means of a phase change material, according to an example;
  • 5H zeigt eine Längsansicht eines Verbundwerkstoffteils, das mit einer Einfügungsstütze gebildet ist, um eine interne Einfügungskomponente zu stützen, wo die Einfügungsstütze permanent in das Verbundwerkstoffteil eingegossen ist; 5H shows a longitudinal view of a composite part formed with an insertion support to support an internal insertion component where the insertion support is permanently cast in the composite part;
  • 6A zeigt eine Schnittansicht eines fertiggestellten Verbundwerkstoffteils, das eine interne Einfügungskomponente und eine externe Teilkomponente aufweist, die um die Einfügung gegossen ist, gemäß einem Beispiel; 6A Figure 11 is a sectional view of a completed composite part having an internal insertion component and an external subcomponent molded around the insertion, according to an example;
  • 6B zeigt eine andere Schnittansicht eines fertiggestellten Verbundwerkstoffteils, das eine interne Einfügungskomponente und eine externe Teilkomponente aufweist, wobei die Ansicht vergrößert ist, um einen Schnittbereich zwischen der Einfügungskomponente und der Teilkomponente zu zeigen; 6B FIG. 12 is another sectional view of a completed composite part having an internal insertion component and an external subcomponent, the view enlarged to show an intersection region between the insertion component and the subcomponent; FIG.
  • 7A zeigt eine Perspektivansicht einer internen Einfügungskomponente zur Nutzung beim Ausbilden eines Verbundwerkstoffteils, gemäß einem Beispiel; 7A FIG. 12 is a perspective view of an internal insertion component for use in forming a composite part, according to one example; FIG.
  • 7B zeigt eine Perspektivansicht der internen Einfügungskomponente, die in 7B dargestellt ist, mit einer an einem Ende der Einfügung angebrachten Ab deckung; 7B FIG. 12 is a perspective view of the internal insertion component shown in FIG 7B is shown, with an attached at one end of the insertion from cover;
  • 7C zeigt eine freigeschnittene Ansicht eines Verbundwerkstoffteils, das mit der internen Einfügungskomponente, die in den 7A und 7B dargestellt ist, gebildet ist, gemäß einem Beispiel; 7C FIG. 12 is a cutaway view of a composite member associated with the internal insertion component incorporated in FIGS 7A and 7B is formed, according to an example;
  • 7D zeigt eine weitere freigeschnittene Ansicht des Verbundwerkstoffteils von 7C gemäß einem Beispiel; und 7D shows another cutaway view of the composite part of 7C according to an example; and
  • 8 zeigt ein Prozessflussdiagramm für ein Verfahren zum Bilden eines Verbundwerkstoffteils, wo eine externe Teilkomponente gegossen wird und um eine interne Einfügungskomponente während eines Formgussprozesses aushärtet, gemäß einem Beispiel. 8th FIG. 12 shows a process flow diagram for a method of forming a composite part where an external subcomponent is cast and cures around an internal insertion component during a molding process, according to an example.

Erläuterungexplanation

Beispielhafte Darstellungen werden hier von einem Verbundwerkstoffteil bereitgestellt, das eine interne Einfügungskomponente und eine externe Teilkomponente aufweist, wo das externe Teil gegossen wird und sich um die interne Einfügung während des Formgussvorgangs aushärtet, wie auch Verfahren und Ausstattung zum Bilden desselben. Das Verbundwerkstoffteil ist geeignet für jegliche Anzahl von Anwendungen, insbesondere solche die danach streben, das Gewicht des Teils zu reduzieren, jedoch viel von seiner Stärke zu erhalten. Die Begriffe „interne Einfügungskomponente“, „interne Einfügung“, „Einfügungskomponente“, „beschichtete Einfügung“ und „Einfügung“ werden austauschbar in der vorliegenden Anmeldung verwendet, genauso wie die Begriffe „externe Teilkomponente“, „externes Teil“, „Teilkomponente“, „Gussteil“, „metallisches Teil“, usw.Exemplary representations are provided herein of a composite part having an internal insertion component and an external subcomponent where the external part is cast and cures for internal insertion during the molding process, as well as methods and equipment for forming the same. The composite part is suitable for any number of applications, especially those that seek to reduce the weight of the part, but to get much of its strength. The terms "internal insertion component", "internal insertion", "insertion component", "coated insertion" and "insertion" are used interchangeably in the present application, as are the terms "external subcomponent", "external part", "subcomponent", "Casting", "metallic part", etc.

Gemäß einem nicht-einschränkenden Beispiel weist ein Verbundwerkstoffteil eine interne Einfügungskomponente auf, die aus einem magnesiumbasierten Material hergestellt ist und auf zumindest einem Abschnitt seiner Oberfläche mit bestimmten Arten von Partikeln beschichtet ist, weist eine externe Teilkomponente auf, die aus einem aluminiumbasierten Material oder zink-basierten Material hergestellt ist und um die beschichtete Einfügung gegossen ist, und einen partikelreichen Bereich auf, der zwischen den zwei Komponenten gebildet ist, wo der partikelreiche Bereich Partikel von der beschichteten Einfügung aufweist. Der partikelreiche Bereich kann allgemein Materialeigenschaften des äußeren Materials verbessern, z.B. des Aluminium- oder Zinkmaterials, zum Beispiel durch Erzeugen einer verbesserten Mikrostruktur und in manchen Fällen kann sie die Verbindung zwischen den zwei Komponenten verbessern, z.B. durch Adressieren von Unterschieden in ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten (COE, English coefficients of thermal expansion). Zum Beispiel weist Magnesium ein signifikant höheres COE als Aluminium auf und, daher, fährt es wesentlich größere Ausdehnung und Zusammenziehen beim Vorhandensein oder Abwesendsein von Wärme. Der partikelreiche Bereich ist dazu ausgelegt, die ungewünschten Effekte dieser Unterschiede zu reduzieren, genauso wie das von Oxidfilm auf der Oberfläche der internen Einfügungskomponente, die zu der Bildung von Lücken zwischen den zwei Komponenten beitragen können. Makro-, Mikro- oder sogar Nanopartikel können auf eine Oberfläche der internen Einfügungskomponente vorbeaufschlagt werden, um zu helfen, solche Lücken zu minimieren und die Verbindung zwischen den Komponenten zu verbessern. In dem voranstehenden Beispiel weist das Verbundwerkstoffteil eine interne Einfügungskomponente auf, die aus einem verschiedenen Material als die externe Teilkomponente ist; jedoch ist es nicht notwendig, da die Einfügungskomponente und die Teilkomponente beide von demselben oder ähnlichen Materialien als den hier aufgezählten.By way of non-limiting example, a composite part has an internal insertion component made of a magnesium-based material and coated with certain types of particles on at least a portion of its surface comprises an external subcomponent made of an aluminum-based material or zinc-containing material. based on the material formed and cast around the coated insert, and a particle-rich region formed between the two components where the particle-rich region has particles from the coated insert. The particle-rich region can generally improve material properties of the outer material, eg, the aluminum or zinc material, for example, by creating an improved microstructure, and in some cases, can improve the bond between the two components, eg, by addressing differences in their coefficients of thermal expansion (COE, English coefficients of thermal expansion). For example, magnesium has a significantly higher COE than aluminum and, therefore, it travels much greater expansion and contraction in the presence or absence of heat. The particle-rich region is designed to reduce the undesirable effects of these differences, as well as the oxide film on the surface of the internal insertion component, which can contribute to the formation of gaps between the two components. Macro, micro or even nanoparticles can be pre-pressurized onto a surface of the internal insertion component to help minimize such gaps and improve the connection between the components. In the above example, the composite part has an internal insertion component made of a different material than the external part component; however, it is not necessary because the insertion component and the subcomponent both of the same or similar materials as those enumerated here.

Gemäß einem anderen nicht-einschränkenden Beispiel, weist ein mögliches Verfahren zum Herstellen des Verbundwerkstoffteils die folgenden Schritte auf: Anordnen einer Einfügungskomponente, die beschichtet ist, auf zumindest einem Teil seiner Oberfläche in einer Formhöhle einer Gussform; Gießen eines geschmolzenen Materials der externen Teilkomponente um die beschichtete Einfügung; Kühlen der beschichteten Einfügung, wenn das geschmolzene Material um es herum gegossen ist; Bilden eines partikelreichen Bereichs zwischen der beschichteten Einfügung und dem Teil, der dazu ausgelegt ist, Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten (COE) der zwei Komponenten auszugleichen; Aushärten des geschmolzenen Materials zum Bilden der externen Teilkomponente des Verbundwerkstoffteils, und Auswerfen des Verbundwerkstoffteils aus der Gussform.According to another non-limiting example, one possible method of manufacturing the composite part comprises the steps of: placing an insertion component that is coated on at least part of its surface in a mold cavity of a mold; Pouring a molten material of the external subcomponent around the coated insert; Cooling the coated insert as the molten material is poured around it; Forming a particle-rich region between the coated insert and the part adapted to compensate for differences in the thermal expansion coefficients (COE) of the two components; Curing the molten material to form the external subcomponent of the composite part, and ejecting the composite part from the mold.

Wie erläutert werden wird, können ein oder mehrere Oberflächen der internen Einfügungskomponente mit Partikeln gemäß einer Anzahl von Techniken beschichtet sein, einschließlich Heißschmelzen, Kaltsprühen, Hochgeschwindigkeitssprühen, Elektrotauchlackieren oder Beaufschlagen der Partikel, wenn die Einfügung gebildet wird (z.B. während eines Prozesses des Gießens oder anderen Bildens der Einfügung), um einige Möglichkeiten zu nennen. Natürlich können jegliche geeignete Techniken zum Beaufschlagen von Partikeln auf einer Außenfläche der Einfügung eingesetzt werden. Einige Beispiele von geeigneten Partikelmaterialien sind, aber nicht beschränkt auf: keramikbasierte Partikel, Graphit, Diamant, magnesiumbasierte Partikel wie etwa MgO oder MgAl2O4, Aluminiumoxid (Al2O3), Silizium (Si) und Oxide davon wie etwa Siliziumoxid (SiO2), SiC, Titan (Ti) und Oxide davon, wie etwa Titanoxid (TiO2), TiB2, Cr 526, Nickel, Kupfer, Zink und Zinkoxid (ZnO2), Silber und Gold, um einige zu nennen. In einigen Beispielen können die Partikel relativ klein sein, wie etwa weniger als 1,0 Millimeter im Durchmesser oder einer maximalen Dimension davon, und in einigen Fällen sogar noch kleiner, z.B., weniger als 0,25 Millimeter oder weniger als 0,10 Millimeter, lediglich als Beispiele. Zusätzlich können andere Oxide (z.B. Yttriumoxid oder Y2O3), Nitride, Carbide, Hydride und Boride, die nicht spezifisch voranstehend beschrieben sind, eingesetzt werden zusätzlich oder anstatt von den voranstehend benannten Beispielen. Kohlenschwarz, Fulleren und Karbon-Nanoröhren können auch benutzt werden, wie auch intermetallische Verbindungen wie etwa NiAl und Al3Ti.As will be explained, one or more surfaces of the internal insertion component may be coated with particles according to a number of techniques, including hot melting, cold spraying, high speed spraying, electrocoating, or imparting the particles as the insert is formed (eg, during a casting or other process) Making the insertion) to name a few possibilities. Of course, any suitable techniques for impinging particles on an outer surface of the insert may be employed. Some examples of suitable particulate materials include, but are not limited to: ceramic based particles, graphite, diamond, magnesium based particles such as MgO or MgAl 2 O 4 , alumina (Al 2 O 3 ), silicon (Si), and oxides thereof such as silica (SiO 2 ) 2 ), SiC, titanium (Ti) and oxides thereof, such as titanium oxide (TiO 2 ), TiB 2 , Cr 526, nickel, copper, zinc and zinc oxide (ZnO 2 ), silver and gold, to name a few. In some examples, the particles may be relatively small, such as less than 1.0 millimeters in diameter or a maximum dimension thereof, and in some cases even smaller, eg, less than 0.25 millimeters or less than 0.10 millimeters, just as examples. In addition, other oxides (eg, yttria or Y 2 O 3 ), nitrides, carbides, hydrides, and borides, which are not specifically described above, may be used in addition to or instead of the examples given above. Carbon black, fullerene and carbon nanotubes can also be used, as well as intermetallic compounds such as NiAl and Al 3 Ti.

Während jegliche der voranstehenden Partikel in beispielhaften Darstellungen eingesetzt werden können und obwohl die speziellen Partikel, die in einer bestimmten Anwendung genutzt werden von den Materialien abhängen können, die in der internen Einfügungskomponente und/oder der externen Teilkomponente genutzt werden, können typischerweise siliziumbasierte und titanbasierte Partikel besonders gut geeignet sein, wo aluminiumbasierte Legierungsmaterialien in der externen Teilkomponente eingesetzt werden. Oxide (z.B. Al2O3) und Carbide können ebenfalls gut geeignet für solche Anwendungen sein.While any of the foregoing particles may be employed in exemplary illustrations, and although the particular particles utilized in a particular application may depend on the materials utilized in the internal insertion component and / or the external subcomponent, typically, silicon-based and titanium-based particles be particularly well suited where aluminum based alloy materials are used in the external subcomponent. Oxides (eg Al 2 O 3 ) and carbides may also be well suited for such applications.

Es sollte erkannt werden, dass die Verbundwerkstoffteile, Verfahren und Ausstattungen, die hier beschrieben sind, in einer breiten Vielzahl von Anwendungen und Industrien eingesetzt werden können. Eine besonders geeignete Anwendung für solche Verbundwerkstoffteile ist die Automobilindustrie, wo leichte Teile wie etwa Achsschenkel, Strukturelemente, Querelemente, Steuerungsarme usw. gewünscht sind.It should be recognized that the composite parts, methods, and equipment described herein can be used in a wide variety of applications and industries. A particularly suitable application for such composite parts is in the automotive industry, where lightweight parts such as knuckles, structural members, cross members, control arms, etc. are desired.

Lediglich als Beispiel mit Bezug auf 1 ist ein nicht-einschränkendes Beispiel eines Verbundwerkstoffteils in der Form eines Achsschenkels 100 dargestellt. Der Achsschenkel 100 kann eine interne Einfügungskomponente 124 aufweisen, mit einer externen Teilkomponente 136, die um die interne Einfügungskomponente 124 gegossen ist.For example, with reference to 1 is a non-limiting example of a composite part in the form of a stub axle 100 shown. The steering knuckle 100 can be an internal insertion component 124 having an external subcomponent 136 that is around the internal insertion component 124 is poured.

Die interne Einfügungskomponente 124 und die externe Teilkomponente 136 können aus ähnlichen oder verschiedenen Materialien gebildet sein. Zum Beispiel kann die externe Teilkomponente 136 aus einem aluminiumbasierten Material (zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, wie etwa A380-Legierung, A360-Legierung, Aural-2-Legierung oder ADC12-Legierung, lediglich als Beispiele) gebildet sein und eine Wandstärke 6 mm oder größer aufweisen, während die interne Einfügungskomponente 124 aus einem magnesiumbasierten Material. In einem anderen Beispiel sind sowohl die interne Einfügekomponente Einfügungskomponente 124 als auch die externe Teilkomponente 136 aus aluminiumbasierten Materialien hergestellt, vielleicht derselben Aluminiumlegierung oder unterschiedlichen Aluminiumlegierungen. Kombinationen von verschiedenen Materialien in einem einzelnen Teil 100 auf diese Art können das ideale Anpassen von Teilecharakteristiken auf eine gegebene Anwendung vereinfachen. Zum Beispiel ist der Achsschenkel 100 relativ leicht aufgrund der Verwendung von aluminiumbasiertem Material in der externen Teilkomponente 136, aber weist auch eine erhöhte Stärke verglichen mit vollständig aluminiumbasierten Teilen aufgrund der Verwendung von magnesiumbasierten Materialien für die interne Einfügung 124. Des Weiteren kann eine Verbindungsstärke zwischen der internen Einfügung 124 und der externen Teilkomponente 136 mit der Verwendung eines partikelreichen Bereichs 140 erhöht werden, der aus einer Beschichtung gebildet ist, die auf zumindest einem Abschnitt bzw. Teil der internen Einfügungskomponente 124 während des Formvorgangs des Achsschenkels 100 bereitgestellt ist. Andere Materialkombinationen können eingesetzt werden. Des Weiteren kann es in einigen Anwendungen vorteilhaft sein, sowohl die interne Einfügungskomponente 124 als auch die externen Teilkomponente 136 aus ähnlichen oder sogar identischen Materialien auszubilden.The internal insertion component 124 and the external subcomponent 136 may be formed of similar or different materials. For example, the external subcomponent 136 may be formed of an aluminum-based material (for example, an aluminum alloy such as A380 alloy, A360 alloy, Aural-2 alloy or ADC12 alloy, merely as examples) and have a wall thickness of 6 mm or greater, while the internal insertion component 124 made of a magnesium-based material. In another example, both the internal insert component are insert component 124 as well as the external subcomponent 136 made of aluminum-based materials, perhaps the same aluminum alloy or different aluminum alloys. Combinations of different materials in a single part 100 In this way, the ideal fitting of part characteristics to a given application can be simplified. For example, the steering knuckle is 100 relatively easy due to the use of aluminum based material in the external subcomponent 136 but also has increased strength compared to fully aluminum based parts due to the use of magnesium-based materials for internal insertion 124 , Furthermore, a connection strength between the internal insertion 124 and the external subcomponent 136 with the use of a particle-rich area 140 can be increased, which is formed from a coating on at least a portion or part of the internal insertion component 124 during the forming process of the steering knuckle 100 is provided. Other material combinations can be used. Furthermore, in some applications, it may be beneficial to both the internal insertion component 124 as well as the external subcomponent 136 from similar or even identical materials.

Der partikelreiche Bereich 140 des Verbundwerkstoffteils 100 kann auf jegliche geeignete Weise gebildet werden. In einigen Beispielen sind Partikel durch Beaufschlagen einer Beschichtung bereitgestellt, die die Partikel enthält, auf zumindest einen Abschnitt einer internen Einfügungskomponente vor dem Gießen der externen Teilkomponente um die interne Einfügungskomponente. Beim Einspritzen von geschmolzenem Material in die Gussform erwärmt das geschmolzene Material die interne Einfügungskomponente und kann zumindest eine äußere Schicht der internen Einfügungskomponente aufschmelzen. Diese äußere Schicht der internen Einfügungskomponente kann sich im Allgemeinen mit dem geschmolzenen Material vermischen und die Partikel können in einem begrenzten Ausmaß eines partikelreichen Bereichs oder Grenzbereichs dispergieren, das zwischen der internen Einfügungskomponente und dem geschmolzenen Material angeordnet ist. Das geschmolzene Material und jegliche geschmolzene Abschnitt bzw. geschmolzene Abschnitte der internen Einfügungskomponente können nachfolgend gekühlt werden, wodurch eine intermetallische Schicht gebildet wird, wo die Position der Partikel die dispergiert sind, allgemein fest ist, wodurch ein partikelreicher Bereich zwischen der internen Einfügungskomponente und der externen Teilkomponente erzeugt wird.The particle-rich area 140 of the composite part 100 can be formed in any suitable manner. In some examples, particles are provided by applying a coating containing the particles to at least a portion of an internal insertion component prior to casting the external subcomponent around the internal insertion component. Injecting molten material into the mold, the molten material heats the internal insertion component and can melt at least one outer layer of the internal insertion component. This outer layer of the internal insertion component may generally mix with the molten material and the particles may disperse to a limited extent of a particle-rich region or boundary region disposed between the internal insertion component and the molten material. The molten material and any molten portions of the internal insertion component may subsequently be cooled, thereby forming an intermetallic layer where the position of the particles dispersed is generally solid, thereby providing a particle-rich region between the internal insertion component and the external one Subcomponent is generated.

Natürlich sind die Verfahren, Ausstattungen und Verbundwerkstoffteile, die hier beschrieben werden, nicht auf solche Anwendungen beschränkt, da sie lediglich als Beispiele bereitgestellt sind. In Anbetracht des weiten Bereichs von Anwendungen, in denen beispielhafte Teile und Verfahren gerichtet werden können, ist die folgende Beschreibung auf relativ vereinfachte Teilformen gerichtet, um die Erläuterung der beispielhaften Konzepte zu vereinfachen.Of course, the methods, equipment, and composite parts described herein are not limited to such applications, as they are provided by way of example only. In view of the wide range of applications in which exemplary parts and methods may be directed, the following description is directed to relatively simplified forms to simplify the explanation of the example concepts.

Werkzeugsystem -Tool system -

Wie voranstehend beschrieben, können die Verbundwerkstoffteile, die hier beschrieben werden, in einem Gussprozess gebildet werden, wo eine externe Teilkomponente allgemein um eine interne Einfügungskomponente gegossen wird. Mit Bezug auf die 2 und 3A-3D ist ein Beispiel eines Werkzeugsystems dargestellt, das zum Bilden eines Verbundwerkstoffteils und/oder zur Nutzung jeglicher hier beschriebener beispielhafter Verfahren genutzt werden kann.As described above, the composite parts described herein can be formed in a casting process where an external subcomponent is generally cast around an internal insertion component. With reference to the 2 and 3A-3D FIG. 5 illustrates an example of a tooling system that may be utilized to form a composite part and / or use any of the example methods described herein.

Das Werkzeugsystem 200 kann eine Formhöhle zum Gießen von Teilen aufweisen, z.B. in einem Hochdruck-Formgussprozess. Das Werkzeug 200 weist eine bewegbare/Auswurf-Hälfte 202 und eine stationäre Hälfte 204 auf. Die stationäre Hälfte 204 kann fest verbleiben, z.B. in Bezug auf eine Stützfläche (in 2 nicht dargestellt), während die Auswurf-Hälfte 202 sich bewegen kann, zum Beispiel zum Vereinfachen des Entfernens von Teilen, die innerhalb des Werkzeugs 200 gebildet sind, eine Wartung/Reparatur des Werkzeugs 200, usw.The tool system 200 may have a mold cavity for casting parts, eg in a high pressure molding process. The tool 200 has a movable / ejection half 202 and a stationary half 204 on. The stationary half 204 can remain fixed, eg with respect to a support surface (in 2 not shown) while the ejection half 202 can move, for example, to facilitate the removal of parts inside the tool 200 are formed, a maintenance / repair of the tool 200 , etc.

Die Auswurf-Hälfte 202 und die stationäre Hälfte 204 weisen einen Auswurf-Hälften-Formhöhlenblock 206 und einen stationäre Hälften-Formhöhlenblock 208 jeweils auf, die zusammenwirken, um eine Formhöhle eines oder mehrerer Verbundwerkstoffteile zu definieren. Der Auswurf-Hälften-Formhöhlenblock 206 und der stationäre Hälften-Formhöhlenblock 208 sind durch einen Auswurf-Halteblock 210 und eine Stationären-Halteblock 212 jeweils gestützt.The ejection half 202 and the stationary half 204 have a discharge half-cavity block 206 and a stationary half-cavity block 208 which cooperate to define a mold cavity of one or more composite parts. The ejection-half-mold cavity block 206 and the stationary half-cavity block 208 are through an ejection-holding block 210 and a stationary holding block 212 each supported.

Geschmolzenes Material (nicht dargestellt in 2) kann in eine Gussformhöhle 236 eingespritzt werden, die durch den Auswurfhälften-Formhöhlenblock 206 und den stationäre Hälften-Formhöhlenblock 208 mittels einer Hülse 216 definiert ist. Zum Beispiel kann das geschmolzene Material in ein Eingießloch 220 gegossen werden und in die Gussformhöhle 236 durch einen Gießkolben 218 gezogen werden, wie nachstehend beschrieben werden wird. Das geschmolzene Material kann dann in die Gussformhöhle 236 durch einen Angussverteiler 222 eintreten, der sich von einem Ende der Hülse 216 in die Gussformhöhle 236 erstreckt.Molten material (not shown in 2 ) can go into a mold cavity 236 injected through the ejector halve cavity block 206 and the stationary half-cavity block 208 by means of a sleeve 216 is defined. For example, the molten material may enter a pour hole 220 be poured and into the mold cavity 236 through a casting piston 218 as will be described below. The molten material can then enter the mold cavity 236 through a sprue distributor 222 enter, extending from one end of the sleeve 216 into the mold cavity 236 extends.

Wie nachstehend weiter beschrieben wird, kann eine interne Einfügungskomponente 224 innerhalb der Gussformhöhle 236 angeordnet sein, so dass geschmolzenes Material um sie herum gegossen werden kann. Zum Beispiel können ein oder mehrere Anordnungsstifte 226 genutzt werden, um die interne Einfügungskomponente 224 innerhalb der Gussformhöhle 236 anzuordnen und festzuhalten. Nachdem sie innerhalb der Gussformhöhle 236 angeordnet ist, kann geschmolzenes Material um die interne Einfügungskomponente 224 gegossen werden.As further described below, an internal insertion component 224 inside the mold cavity 236 be arranged so that molten material can be poured around them. For example, one or more locator pins 226 be used to the internal insertion component 224 inside the mold cavity 236 to arrange and hold. After being inside the mold cavity 236 can be molten material around the internal insertion component 224 to be poured.

Ein oder mehrere Kühlkanäle 228 können benachbart zu der Gussformhöhle bereitgestellt sein, um ein Verwalten einer Gusstemperatur und/oder ein Kühlen des geschmolzenen Materials innerhalb der Gussformhöhle 36 236 zu vereinfachen. Des Weiteren, wie nachstehend weiter beschrieben wird, können in einigen Beispielen Kühldurchgänge oder andere Merkmale in oder angeordnet benachbart zu den Anordnungsstiften 226 eingefügt sein. Die Anordnungsstifte 226 können dadurch das Kühlen der internen Einfügungskomponente 224 zu jeglichem Punkt während des Gussprozesses vereinfachen. Ein an die interne Einfügungskomponente 224 gerichtete Kühlung auf diese Weise kann auch eine Bildung einem partikelreichen Bereich in dem resultierenden Verbundwerkstoffteil vereinfachen, wie nachstehend beschrieben wird.One or more cooling channels 228 may be provided adjacent to the mold cavity for managing a molding temperature and / or cooling the molten material within the mold cavity 36 236 to simplify. Furthermore, as will be further described below, in some examples, cooling passages or other features may be disposed in or adjacent to the locating pins 226 be inserted. The arrangement pins 226 can thereby cool the internal insertion component 224 to any Simplify point during the casting process. On to the internal insertion component 224 Directional cooling in this manner can also facilitate formation of a particle-rich region in the resulting composite part, as described below.

Ein oder mehrere Auswurfstift(e) 230 können bereitgestellt sein, um ein Entfernen eines gebildeten Verbundwerkstoffteils au der Gussformhöhle 236 zu vereinfachen. Obwohl ein einzelner Auswurfstift 230 in 2 dargestellt ist, kann jegliche Anzahl von zusätzlichen Auswurfstifte 230 bereitgestellt sein, die geeignet ist. Auswurfstift(e) 230 können an einem Ende weg von der Gussformhöhle 236 an einer bewegbaren Auswurfplatte 232 befestigt sein, die entlang einem stationären Stützblock 214 gleitet. Eine Auswurfstift-Stützplatte 234 kann ebenfalls bereitgestellt sein, die an dem Stützblock 214 befestigt sein kann. Die Stützplatte 234 kann ein Bewegen der gleitfähigen Auswurfplatte 232 vereinfachen, indem eine stationäre Reaktionsfläche für die Auswurfplatte 232 bereitgestellt ist.One or more ejector pin (s) 230 may be provided to remove a formed composite part from the mold cavity 236 to simplify. Although a single ejector pin 230 in 2 can be any number of additional ejector pins 230 be provided, which is suitable. Ejector pin (s) 230 can be at one end away from the mold cavity 236 on a movable ejector plate 232 be attached along a stationary support block 214 slides. An ejector pin support plate 234 may also be provided on the support block 214 can be attached. The support plate 234 may be moving the sliding ejector plate 232 simplify by using a stationary reaction surface for the ejection plate 232 is provided.

Nun mit Bezug auf die 3A-3D wird der Betrieb des Werkzeugsystems 200 in weiteren Details beschrieben. Wie in 3A gezeigt ist, kann die interne Einfügungskomponente 224 anfangs innerhalb der Gussformhöhle 236 angeordnet sein. Die interne Einfügungskomponente 224, wie nachstehend beschrieben wird, kann zumindest einen Abschnitt bzw. ein Teil einer Außenfläche davon mit Partikeln beschichtet aufweisen, die dazu konfiguriert sind, ein Verbinden der internen Einfügungskomponente 224 mit einem geschmolzenen Material zu verbessern, nachdem es in die Gussformhöhle 236 eingespritzt ist und in Kontakt ist mit der Außenfläche der internen Einfügungskomponente 224.Well with respect to the 3A-3D becomes the operation of the tooling system 200 described in further details. As in 3A can be shown, the internal insertion component 224 initially inside the mold cavity 236 be arranged. The internal insertion component 224 As will be described below, at least a portion of an outer surface thereof may have particles coated thereon configured to connect the internal insertion component 224 with a molten material to improve after putting it in the mold cavity 236 is injected and in contact with the outer surface of the internal insertion component 224 ,

Die interne Einfügungskomponente 224 kann innerhalb der Gussformhöhle 236 unter Nutzung einer oder mehrerer Anordnungsstifte 226 angeordnet sein und ein geschmolzenes Material kann in die Hülse 216 durch das Eingießloch 220 gegossen werden. Jegliches geschmolzene Material, das geeignet ist, kann eingesetzt werden. Lediglich als Beispiel, es kann ein magnesiumbasiertes Material beschichtet mit Keramikpartikeln für die interne Einfügungskomponente 224 genutzt werden und ein aluminiumbasiertes Material wie etwa eine Aluminiumlegierung kann für das geschmolzene Material der externen Teilkomponente genutzt werden.The internal insertion component 224 can inside the mold cavity 236 using one or more arrangement pins 226 be arranged and a molten material can be in the sleeve 216 through the pouring hole 220 to be poured. Any molten material that is suitable can be used. By way of example only, a magnesium based material may be coated with ceramic particles for the internal insertion component 224 can be used and an aluminum-based material such as an aluminum alloy can be used for the molten material of the external subcomponent.

In Blick auf die 3B kann der Gießkolben 218 durch die Hülse 216 gedrückt werden, wodurch das geschmolzene Material aus der Hülse 216, durch den Angussverteiler 222 und in die Gussformhöhle 236 gezwungen wird. In einem beispielhaften Ansatz spritzt der Gießkolben 218 das geschmolzene Material in die Gussformhöhle 236 in einem Zweistufenprozess ein, wo der Gießkolben 218 anfangs sich in einer ersten Stufe mit relativ geringer erster Geschwindigkeit bewegt, wenn das geschmolzene Material durch die Hülse 216 in den Angussverteiler 222 bewegt wird. In einer zweiten Stufe spritzt der Gießkolben 218 das geschmolzene Material in die Gussformhöhle 236 mit erhöhtem Druck ein, welcher auf das geschmolzene Material durch ein Erhöhen der Geschwindigkeit und/oder der Kraft des Gießkolbens 218 beaufschlagt werden kann, wenn sich dieser durch die Hülse 218 bewegt.In view of the 3B can the casting piston 218 through the sleeve 216 be pressed, causing the molten material from the sleeve 216 , through the sprue distributor 222 and into the mold cavity 236 is forced. In an exemplary approach, the plunger is injected 218 the molten material into the mold cavity 236 in a two-stage process, where the casting piston 218 initially moves in a first stage at a relatively slow first rate as the molten material passes through the sleeve 216 in the sprue distributor 222 is moved. In a second stage, the casting piston injects 218 the molten material into the mold cavity 236 with increased pressure acting on the molten material by increasing the speed and / or power of the casting piston 218 can be applied when passing through the sleeve 218 emotional.

Beim Einspritzen des geschmolzenen Materials in die Gussformhöhle 236 kann das geschmolzene Material gekühlt werden, z.B. durch Kühlungskanäle 228. Zusätzlich können Anordnungsstifte 226 benachbart zu einem oder mehrerer der Kühlkanäle 228 angeordnet sein oder mit Merkmalen innerhalb der Anordnungsstift(e) 226 bereitgestellt sein, die ein Kühlen innerhalb der Gussformhöhle 236 vereinfachen. Des Weiteren können die Kühlmerkmale der Anordnungsstifte 226 ein Kühlen vereinfachen, das auf die internen Einfügungskomponenten 224 fokussiert sind, wodurch ein verbessertes Kühlen des Verbundwerkstoffteils von der Innenseite ermöglicht wird, wenn es gebildet wird. Wie nachstehend beschrieben wird, kann ein verbessertes Kühlen (insbesondere benachbart zu einem partikelreichen Bereich oder einer Schnittstelle zwischen einer internen Einfügungskomponente und einer externen Teilkomponente) nicht nur schnellere Taktzeiten aufgrund eines insgesamt schnelleren Kühlens ermöglichen sondern es können auch verbesserte Materialeigenschaften aufgrund Verringerungen in der mittleren Korngröße des gebildeten Teils resultieren. Ein verbessertes Kühlen kann einen gerichteten Kühlpfad zu der internen Einfügungskomponente 224 oder Bereichen davon bereitstellen, z.B. durch einen Anordnungsstift oder Anordnungsstifte wie etwa der Anordnungsstift 226 oder andere Beispiele, die nachstehend bereitgestellt werden.When injecting the molten material into the mold cavity 236 The molten material can be cooled, for example by cooling channels 228 , In addition, arrangement pins 226 adjacent to one or more of the cooling channels 228 arranged or with features within the arrangement pin (s) 226 be provided, which is a cooling inside the mold cavity 236 simplify. Furthermore, the cooling characteristics of the arrangement pins 226 to facilitate cooling on the internal insertion components 224 are focused, thereby allowing an improved cooling of the composite part from the inside when it is formed. As will be described below, improved cooling (particularly adjacent to a particle-rich region or interface between an internal insertion component and an external subcomponent) may not only provide faster cycle times due to faster overall cooling, but may also improve material properties due to decreases in average grain size of the formed part. Improved cooling may provide a directional cooling path to the internal insertion component 224 or portions thereof, eg, by a locating pin or locating pins such as the locating pin 226 or other examples provided below.

Mit Bezug auf die 3C, beim Aushärten des geschmolzenen Materials, hat sich das Verbundwerkstoffteil 236' im Wesentlichen aus der internen Einfügungskomponente 224 und dem ausgehärteten geschmolzenen Material gebildet, das zumindest einen Abschnitt der internen Einfügungskomponente 224 umgibt. Zusätzlich kann sich eine Gratbildung 222' während des Aushärtprozesses gebildet haben, die vom geschmolzenen Material resultiert, das innerhalb des Angussverteilers 222 ausgehärtet ist. Sobald das geschmolzene Material innerhalb der Gussformhöhle 236 ausgehärtet ist, kann die bewegbar Auswurf-Hälfte 202 des Werkzeugs 200 von der stationären Hälfte 204 wegbewegt werden, wodurch das ausgehärtete Teil 236' freigelegt wird. Der Auswurfstift bzw. die Auswurfstifte 130 können das ausgehärtete Teil aus der Auswurf-Hälfte 202 des Werkzeugs drücken, wie in 3D zu sehen ist. Zum Beispiel kann die Auswurfplatte 232 lateral in Bezug auf die Stützplatte 214 gleiten, wodurch die Auswurfstifte 230 bewegt werden und das Verbundwerkstoffteil 236' aus dem Werkzeug 200 drängen. Die Gratbildung 222' kann nachfolgend von dem Verbundwerkstoffteil 236' entfernt und wiederverwendet werden. Des Weiteren können jegliche zusätzliche Fertigstellungsschritte, z.B. maschinelles Bearbeiten, Schleifen, Polieren an dem Verbundwerkstoffteil 236' durchgeführt werden, um zusätzliche Grate (in 3D nicht dargestellt) zu entfernen oder andere Abschnitte des Verbundwerkstoffteils 236' zu entfernen, die ungewünscht sein können.With reference to the 3C during curing of the molten material, the composite part has 236 ' essentially from the internal insertion component 224 and the cured molten material forming at least a portion of the internal insertion component 224 surrounds. In addition, a burr formation can occur 222 ' during the curing process that results from the molten material inside the runner manifold 222 has hardened. Once the molten material inside the mold cavity 236 Hardened, the movable ejection half 202 of the tool 200 from the stationary half 204 be moved away, causing the cured part 236 ' is exposed. The ejector pin or ejector pins 130 Can the cured part from the ejection half 202 press the tool as in 3D you can see. To the Example may be the ejection plate 232 lateral with respect to the support plate 214 slide, causing the ejector pins 230 be moved and the composite part 236 ' from the tool 200 pushing. The burr formation 222 ' can subsequently from the composite part 236 ' be removed and reused. Furthermore, any additional finishing steps, eg, machining, grinding, polishing on the composite part 236 ' be carried out to additional burrs (in 3D not shown) or other portions of the composite part 236 ' to remove that may be undesirable.

Mit Blick auf die 4A-4C ist eine beispielhafte interne Einfügungskomponente gezeigt, die zwei getrennte Hälften 324a, 324b (zusammengenommen interne Einfügungskomponente 324) aufweist. Die zwei Hälften 324a, 324b können zusammengebaut und innerhalb einer Gussformhöhle zum Bilden des Verbundwerkstoffteils 236' angeordnet werden, wie voranstehend beschrieben. Die interne Einfügung 324 kann auch zumindest einen Abschnitt einer äußeren Oberfläche davon mit bestimmten Arten von Partikeln 340 beschichtet aufweisen. Wie im Folgenden weiter beschrieben wird, können die Partikel 340 das Verbinden der internen Einfügungskomponente 324 und des geschmolzenen Materials verbessern, das zum Bilden der externen Teilkomponente des Verbundwerkstoffteils genutzt wird. Während die interne Einfügungskomponente 324 der 4A-4C als im Allgemeinen hohl und rechteckig dargestellt ist, kann in anderen Ansätzen eine feste Einfügung oder Einfügungen von anderen Formen eingesetzt werden. Hohle Einfügungen werden wahrscheinlich in Anwendungen bevorzugt, die sich auf das Reduzieren des Gewichts des Verbundwerkstoffteils fokussieren.With view on 4A-4C For example, an exemplary internal insertion component is shown that has two separate halves 324a . 324b (taken together internal insertion component 324 ) having. The two halves 324a . 324b can be assembled and molded within a mold cavity to form the composite part 236 ' can be arranged as described above. The internal insertion 324 may also have at least a portion of an outer surface thereof with certain types of particles 340 coated. As further described below, the particles can 340 connecting the internal insertion component 324 and the molten material used to form the external subcomponent of the composite part. While the internal insertion component 324 the 4A-4C As shown generally hollow and rectangular, in other approaches a fixed insertion or inserts of other shapes may be employed. Hollow insertions are likely to be preferred in applications that focus on reducing the weight of the composite part.

Zwei Hälften 324a, 324b können anfangs zusammengebaut werden, wie am besten in der perspektiven Schnittansicht der 4B dargestellt ist. Eine Beschichtung von zumindest einem Abschnitt einer Außenfläche) von einer oder beiden Hälften 324a, 324b kann vor oder nach dem Zusammenbauen der zwei Hälften 324a, 324b auftreten. Sobald die interne Einfügungskomponente 324 zusammengebaut ist und die Partikel 340 darauf beaufschlagt sind, kann die interne Einfügungskomponente 324 innerhalb einer Gussformhöhle angeordnet werden, die durch Formabschnitte 306, 308 definiert ist (siehe 4C). Während die voranstehende Beschreibung der internen Einfügungskomponente 324 eine zweiteilige Einfügung beschreibt, ist es mit Sicherheit möglich, dass die Einfügung eine einteilige Einfügung ist oder mehr als zwei Teile aufweist.Two halves 324a . 324b can be initially assembled as best in the perspective section view of the 4B is shown. A coating of at least a portion of an outer surface) of one or both halves 324a . 324b can before or after assembling the two halves 324a . 324b occur. Once the internal insertion component 324 assembled and the particles 340 can do this, the internal insertion component 324 be arranged within a mold cavity, through mold sections 306 . 308 is defined (see 4C ). While the above description of the internal insertion component 324 describes a two-part insertion, it is certainly possible that the insertion is a one-piece insertion or has more than two parts.

In einigen Beispielen werden ein oder mehrere Anordnungsstifte genutzt, um eine interne Einfügungskomponente innerhalb einer Gussformhöhle anzuordnen. Beispielhafte Anordnungsstifte werden nun im weiteren Detail mit Bezug auf die 5A-5G beschrieben.In some examples, one or more locator pins are used to place an internal insertion component within a mold cavity. Exemplary locating pins will now be described in further detail with reference to FIGS 5A-5G described.

Wie in den 5A und 5B dargestellt, in einem Beispielansatz, kann ein Anordnungsstift 426a in das resultierende Verbundwerkstoffteil 436 eingegossen sein, so dass er Teil des resultierenden Verbundwerkstoffteils wird. Der Anordnungsstift 426a kann anfangs in eine interne Einfügungskomponente 424 (die Hälften 424a, 424b aufweist, wie in 5A dargestellt, mit dem Anordnungsstift 426a in der Hälfte 424b angeordnet wie dargestellt in 5B) eingegossen sein oder eingepresst sein. Wenn das geschmolzene Material, das in die Gussformhöhle eingeführt ist, sich abkühlt, härtet das geschmolzene Material aus und ist permanent mit der internen Einfügungskomponente 424 verbunden, wobei der eingegossene Anordnungsstift 426a ebenfalls permanent mit der ausgehärteten externen Teilkomponente 436 verbunden wird. Ein Beispiel eines eingegossenen Anordnungsstifts 426a ist im Schnitt in 5B dargestellt, wo der eingegossene Anordnungsstift Teil des resultierenden Verbundwerkstoffteils geworden ist und aus einem aluminiumbasierten Material hergestellt sein kann, das in der Zusammensetzung zu dem geschmolzenen Material passend sein kann.As in the 5A and 5B illustrated, in an example approach, may be a locator pin 426a in the resulting composite part 436 be poured so that it becomes part of the resulting composite part. The arrangement pin 426a can initially into an internal insertion component 424 (the halves 424a . 424b has, as in 5A represented with the arrangement pin 426a in half 424b arranged as shown in 5B) be poured or pressed. As the molten material introduced into the mold cavity cools, the molten material hardens and becomes permanent with the internal insertion component 424 connected, wherein the cast-in arrangement pin 426a also permanently with the hardened external subcomponent 436 is connected. An example of a cast-in locator pin 426a is on average in 5B where the cast-in locating pin has become part of the resulting composite part and may be made of an aluminum-based material that may be suitable in composition to the molten material.

In einem weiteren in 5A dargestellten Beispiel kann ein Anordnungsstift 426b permanent in der Gussform installiert sein. Demgemäß wird der Anordnungsstift 426b nicht Teil des resultierenden Verbundwerkstoffteils. Ein Beispiel des permanenten Stützstifts 426b ist im weiteren Detail in 5E dargestellt. Der Stützstift 426b ist permanent in der Form 408 angebracht oder befestigt und erstreckt sich in die Gussformhöhle zum Stützen der internen Einfügungskomponente 424a. Demgemäß wird geschmolzenes Material nicht permanent mit dem Anordnungsstift 426b verbunden sondern bildet stattdessen das Verbundwerkstoffteil durch Umgeben der internen Einfügungskomponente 424a ohne permanentes Verbinden mit dem geschmolzenen Material aus, das die externe Teilkomponente 436 bildet.In another in 5A Example shown may be a locating pin 426b permanently installed in the mold. Accordingly, the arrangement pin 426b not part of the resulting composite part. An example of the permanent support pin 426b is in more detail in 5E shown. The support pin 426b is permanently in shape 408 attached or attached and extends into the mold cavity for supporting the internal insertion component 424a , Accordingly, molten material does not become permanent with the locator pin 426b instead, it forms the composite part by surrounding the internal insertion component 424a without permanently bonding to the molten material that is the external subcomponent 436 forms.

Wie voranstehend beschrieben, kann das Nutzen eines Anordnungsstifts bzw. Anordnungsstiften zum Anordnen einer internen Einfügungskomponente innerhalb einer Gussformhöhle auch das Kühlen innerhalb der Gussformhöhle vereinfachen. Zum Beispiel können Anordnungsstifte ein Kühlen des geschmolzenen Materials bereitstellen, das in die Formhöhle ist, der internen Einfügungskomponente, eines Grenzbereichs zwischen dem geschmolzenen Material und der internen Einfügungskomponente oder jeglicher Kombination/Unterkombination dieser drei. Auf diese Weise kann ein verbinden des geschmolzenen Materials, das in die Gussformhöhle eingeführt ist, um die interne Einfügungskomponente verbessert werden, indem eine verbesserte Steuerung der Temperaturen innerhalb der Gussformhöhle bereitgestellt wird, besonders in einem Grenzbereich zwischen der internen Einfügungskomponente und dem geschmolzenen Material der externen Teilkomponente. Wie voranstehend genannt, kann ein verbessertes Kühlen (zum Beispiel durch die verschiedenen Beispielansätze benachbart zu einem partikelreichen Bereich oder einer Schnittstelle zwischen einer internen Einfügungskomponente und einer externen Teilkomponente, wie nachstehend beschrieben) schnellere Taktzeiten aufgrund einer insgesamt schnelleren Kühlung ermöglichen. Des Weiteren können Verringerungen in der durchschnittlichen Korngröße des gebildeten Teils auch erlangt werden durch das schnellere Kühlen in den partikelreichen Bereich und/oder dem Schnittstellenbereich. Spezifischer wurde in einem Beispiel die durchschnittliche Korngröße von einem Durchschnitt von 78x52 Mikrons in einem herkömmlichen Gussprozess zu einem Durchschnitt von 37x32 Mikrons reduziert (durch Mitteln von gemessenen Grenzen von Körnern in einem zweidimensionalen Mikrograph oder Foto) indem die schnelleren Kühlungsmethoden genutzt wurden, indem Kühlen benachbart zu dem partikelreichen- oder Schnittstellenbereich durchgeführt wird.As described above, the use of a locating pin to dispose an internal insertion component within a mold cavity may also facilitate cooling within the mold cavity. For example, locating pins may provide cooling of the molten material that is in the mold cavity, the internal insertion component, a boundary region between the molten material and the internal insertion component, or any combination / subcombination of these three. In this way, connecting the molten material introduced into the mold cavity to the internal insertion component can be improved by providing improved control of the temperatures within the mold cavity, especially in a boundary region between the internal insertion component and the molten material of the external subcomponent. As mentioned above, improved cooling (for example, through the various example approaches adjacent to a particle rich region or an interface between an internal insertion component and an external subcomponent, as described below) may allow for faster cycle times due to overall faster cooling. Furthermore, reductions in the average grain size of the formed part can also be achieved by the faster cooling in the particle-rich region and / or the interface region. More specifically, in one example, average grain size was reduced from an average of 78x52 microns in a conventional casting process to an average of 37x32 microns (by averaging measured boundaries of grains in a two-dimensional micrograph or photo) by utilizing the faster cooling methods by adjacent cooling to the particle rich or interface region.

Mit Blick nun auf 5C wird ein Beispiel eines Anordnungsstifts dargestellt, der ein Kühlen innerhalb der Gussformhöhle bereitstellt. Eine Gussformhöhle ist zum Teil durch eine Gussform 408 definiert, die einen Anordnungsstift 426b permanent installiert in der Gussform aufweist, ähnlich zu dem voranstehend in 5E diskutierte Beispiel. In dem in 5C dargestellten Beispiel tritt jedoch ein Kühlkanal 428 durch die Gussform 408 benachbart zu einem Ende des Anordnungsstifts 424b. Als solcher ist der Anordnungsstift 424b in Kontakt mit und führt Wärme von der internen Einfügungskomponente 424a ab und stellt sie Fluid bereit, das durch den Kühlkanal strömt, durch Leitungskühlung bereitzustellen, so dass es die interne Einfügungskomponente 424a und/oder die externe Teilkomponente 436 kühlt.Now look up 5C an example of a locator pin is shown that provides cooling within the mold cavity. A mold cavity is partly through a mold 408 defines an arrangement pin 426b permanently installed in the mold, similar to that in the above 5E discussed example. In the in 5C However, as shown, a cooling channel occurs 428 through the mold 408 adjacent one end of the locating pin 424b , As such, the arrangement pin 424b in contact with and conducts heat from the internal insertion component 424a It provides fluid and that flows through the cooling channel to provide by conduction cooling, so that it is the internal insertion component 424a and / or the external subcomponent 436 cools.

Nunmehr in Bezug auf 5D ist ein weiterer Stützstift mit einem Kühlmerkmal dargestellt. Der Anordnungsstift 426c ist hohl und definiert einen internen Raum, der ein Phasenänderungsmaterial (PCM) 450 aufnimmt, und das dazu konfiguriert ist, Wärme durch Phasenänderungen des PCM 450 aufzunehmen. Zum Beispiel kann Wärme durch den Anordnungsstift 426c durch das PCM 450 aufgenommen werden, indem es sich von einer festen Phase in eine flüssige Phase ändert. Wärme kann auch in die PCM 450 gespeichert werden und in die Gussform 408 übertragen werden, wodurch Leitungswärme weg von dem geschmolzenen Material bereitgestellt wird, wenn es abkühlt, um die externe Teilkomponente 436 zu bilden. Des Weiteren kann eine Wärmeübertragung verbessert werden, indem Kühlkanäle in der Gussform 408 bereitgestellt werden, z.B. ähnlich zu dem Kühlkanal 428, der voranstehend in Verbindung mit der 5C beschrieben wurde. Beispielhafte Phasenänderungsmaterialien, die als PCM 450 genutzt werden können, umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:

  • - Sodiumsulfat (Na2SO4*10H2O);
  • - NaCl*Na2SO4*10H2O; oder
  • - Na2SiO3*5H2O.
Now in terms of 5D is another support pin shown with a cooling feature. The arrangement pin 426c is hollow and defines an internal space containing a phase change material (PCM) 450 and configured to absorb heat by phase changes of the PCM 450 take. For example, heat may be through the locating pin 426c through the PCM 450 be absorbed by changing from a solid phase to a liquid phase. Heat can also be in the PCM 450 be stored and in the mold 408 transferring conduction heat away from the molten material as it cools to the external subcomponent 436 to build. Furthermore, heat transfer can be improved by cooling channels in the mold 408 be provided, for example, similar to the cooling channel 428 who is above in connection with the 5C has been described. Exemplary phase change materials known as PCM 450 can be used include, but are not limited to:
  • Sodium sulfate (Na 2 SO 4 .10H 2 O);
  • NaCl * Na 2 SO 4 .10H 2 O; or
  • - Na 2 SiO 3 .5H 2 O.

Nun mit Bezug auf 5F ist ein weiterer beispielhafter Anordnungsstift 426d dargestellt. Der Anordnungsstift 426d kann einen Flüssigkeitskühlungsdurchgang 452 aufweisen, der darin definiert ist, um eine verbesserte Kühlung einer Gussformhöhle bereitzustellen. Ein Flüssigkeitskühlungsdurchgang 452 kann ein Kühlmittel von oder auf andere Weise in Fluidverbindung mit anderen Kühldurchgängen der Gussform) 408 aufnehmen, z.B. den Kühldurchgang 428 der voranstehend beschrieben ist. Alternativ kann der Flüssigkeitskühlungsdurchgang 452 ein im Allgemeinen separater Kühlkreislauf von anderen Kühldurchgängen der Gussform 408 sein. Der Stützstift 426d leitet Wärme weg von der internen Einfügungskomponente 424 über den Kühlmittelstrom durch den Flüssigkeitskühlungsdurchgang 452.Now referring to 5F is another exemplary arrangement pin 426d shown. The arrangement pin 426d can be a liquid cooling passage 452 defined therein to provide improved cooling of a mold cavity. A liquid cooling passage 452 may include a coolant of or otherwise in fluid communication with other cooling passages of the mold) 408 Take, for example, the cooling passage 428 which is described above. Alternatively, the liquid cooling passage 452 a generally separate cooling circuit from other cooling passages of the mold 408 his. The support pin 426d dissipates heat away from the internal insertion component 424 via the flow of coolant through the liquid cooling passage 452 ,

Nun mit Bezug auf 5G ist ein weiterer Anordnungsstift 426e dargestellt. Der Anordnungsstift 426e weist sowohl ein Phasenänderungsmaterial (PCM) 450' als auch einen Flüssigkeitskühlungsdurchgang 452' auf. Durch Kombinieren des PCM 450' mit einer Flüssigkeitskühlungskanal 452' kann eine Kühlung der Gussformhöhle weiter verbessert werden. Es sollte erkannt werden, dass in jeder der Ausführungsformen, die in den 5C-D und 5F-G dargestellt sind, die Stützstifte sowohl die interne Einfügungskomponente stützen als auch dabei helfen, die Temperatur der internen Einfügungskomponente zu steuern, wenn das geschmolzene Material der externen Teilkomponente gegossen wird und sich um es herum erhärtet.Now referring to 5G is another arrangement pin 426e shown. The arrangement pin 426e has both a phase change material (PCM) 450 ' as well as a liquid cooling passage 452 ' on. By combining the PCM 450 ' with a liquid cooling channel 452 ' Cooling of the mold cavity can be further improved. It should be appreciated that in each of the embodiments set forth in the 5C-D and 5F-G 5, the support pins both support the internal insertion component and help control the temperature of the internal insertion component as the molten material of the external subcomponent is poured and solidifies around it.

Wie voranstehend benannt, können die Anordnungsstifte dazu genutzt werden, zu stützen und/oder eine gezielte Kühlung in Bezug auf eine interne Einfügungskomponente bereitzustellen. Mit Bezug nun auf 5H, in Beispielen, in denen der Anordnungsstift 426a in das Verbundwerkstoffteil eingegossen ist, kann das fertiggestellte Verbundwerkstoffteil den eingegossenen Anordnungsstift 426a aufweisen, so dass er von der externen Teilkomponente 436 hervorsteht, wobei das fertiggestellte Verbundwerkstoffteil mit dem Anordnungsstift 426a dargestellt ist, der von innerhalb der externen Teilkomponente 436 des Verbundwerkstoffteils vorsteht. Der Anordnungsstift 426a kann aus einem aluminiumbasierten Material hergestellt sein, das in der Zusammensetzung geeignet für das geschmolzene Material ist, das die externe Teilkomponente 436 um die interne Einfügungskomponente 424b bildet (nicht dargestellt in 5H).As noted above, the locating pins may be used to support and / or provide selective cooling with respect to an internal insertion component. With reference now to 5H , in examples, where the arrangement pin 426a is poured into the composite part, the finished composite part, the cast-in locating pin 426a so that it is from the external subcomponent 436 protruding, wherein the finished composite part with the locating pin 426a from within the external subcomponent 436 protrudes the composite part. The arrangement pin 426a may be made of an aluminum-based material suitable in the composition for the molten material, which is the external subcomponent 436 to the internal insertion component 424b forms (not shown in 5H) ,

Im Gegensatz dazu, in Beispielen, in denen ein Anordnungsstift 426b permanent in der Gussform installiert ist (z.B. wie in 5E dargestellt) und der Anordnungsstift 426b nicht Teil des resultierenden Verbundwerkstoffteils wird, kann der Anordnungsstift 426b eine Lücke oder ein Hohlraum in der externen Teilkomponente lassen, die die interne Einfügungskomponente umgibt, wobei ein Abschnitt der internen Einfügungskomponente freigelegt wird. Detaillierter, in dem Beispiel der 5E, erstreckt sich der permanente Stützstift 426b in die Gussformhöhle zum Stützen der internen Einfügungskomponente 424a. Geschmolzenes Material verbindet sich nicht permanent mit dem Anordnungsstift 426b, wie voranstehend benannt, sondern bildet stattdessen den Verbundwerkstoffteil durch Umgeben der internen Einfügungskomponente 424a um den Anordnungsstift 426b aus. Beim Entfernen des Teils aus der Gussform, bleibt eine Lücke oder ein Hohlraum 427 in der externen Teilkomponente 436, die die interne Einfügungskomponente 424a umgibt, übrig. Als Ergebnis ist die internen Einfügungskomponente 424a ist teilweise freigelegt, wo der Anordnungsstift 426b die interne Einfügungskomponente 424a berührt hat, um die interne Einfügungskomponente 424a innerhalb der Gussform zu stützen.In contrast, in examples in which a placement pin 426b permanently installed in the mold (eg as in 5E shown) and the arrangement pin 426b not part of the resulting composite part, the locating pin 426b leave a gap or void in the external subcomponent that surrounds the internal insertion component, exposing a portion of the internal insertion component. In more detail, in the example of 5E , extends the permanent support pin 426b into the mold cavity to support the internal insertion component 424a , Molten material does not permanently bond to the locating pin 426b as stated above, but instead forms the composite part by surrounding the internal insertion component 424a around the arrangement pin 426b out. When removing the part from the mold, a gap or cavity remains 427 in the external subcomponent 436 containing the internal insertion component 424a surrounds, left. As a result, the internal insertion component 424a is partially exposed where the arrangement pin 426b the internal insertion component 424a has touched on the internal insertion component 424a to support within the mold.

Verbundwerkstoffteil -Composite part -

Nun mit Blick auf die 6A und 6B wird ein beispielhaftes Verbundwerkstoffteil dargestellt. Das Verbundwerkstoffteil ist in einer freigeschnittenen Ansicht dargestellt, um eine interne Einfügungskomponente 524 darzustellen, die eine im Allgemeinen zylindrische Form definiert und von einer externen Teilkomponente 536 umgeben ist. Partikel sind auf einer Oberfläche der internen Einfügungskomponente 524 beaufschlagt und können allgemein durch einen Grenzbereich dispergiert sein, der zwischen der externen Teilkomponente 536 und der internen Einfügungskomponente 524 angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein partikelreicher Bereich I gebildet werden, der zumindest teilweise die interne Einfügungskomponente 524 umgibt. Gemäß der Ausführungsform, in der die interne Einfügungskomponente 524 aus einem magnesiumbasierten Material ist und mit Keramikpartikeln beschichtet ist und die externe Teilkomponente 536 aus einem aluminiumbasierten Material bereitgestellt ist, weist der partikelreiche Bereich I eine Aluminium/Magnesium-intermetallische Schnittstelle mit Keramikpartikeln für ein verbessertes Verbinden auf. Im Allgemeinen kann eine intermetallische Schnittstelle aus drei Materialien gebildet sein: dem Material, das die externe Teilkomponente aufweist (z.B. der externen Teilkomponente 536), dem der internen Einfügungskomponente (z.B. der internen Einfügungskomponente 524) und der Partikel. Der partikelreiche Bereich I kann bestimmt in Bezug auf die Dicke und Zusammensetzung variieren, aber gemäß einem Beispiel hat er eine Dicke von ungefähr 20 µm - 180 µm, einschließlich, oder sogar bevorzugt eine Dicke von ungefähr 40 µm - 120 µm, einschließlich.Now overlooking the 6A and 6B an example composite part is shown. The composite part is shown in a cutaway view to form an internal insertion component 524 representing a generally cylindrical shape and from an external subcomponent 536 is surrounded. Particles are on a surface of the internal insertion component 524 and may generally be dispersed through a boundary region between the external subcomponent 536 and the internal insertion component 524 is arranged. In this way, a particle-rich region I can be formed which at least partially constitutes the internal insertion component 524 surrounds. According to the embodiment in which the internal insertion component 524 is made of a magnesium-based material and coated with ceramic particles and the external subcomponent 536 made of an aluminum-based material, the particle-rich region I has an aluminum / magnesium intermetallic interface with ceramic particles for improved bonding. In general, an intermetallic interface may be formed of three materials: the material having the external subcomponent (eg, the external subcomponent 536 ), the internal insertion component (eg the internal insertion component 524 ) and the particle. The particle-rich region I may vary with respect to thickness and composition, but in one example has a thickness of about 20 μm-180 μm, inclusive, or even more preferably, a thickness of about 40 μm-120 μm, inclusive.

Eine Konzentration der Partikel kann einen Gradienten durch das Material bilden, z.B. wo sie in einem Abschnitt des partikelreichen Bereichs konzentrierter sind, der am nächsten an der Einfügung ist und weniger konzentriert in einem Abschnitt des partikelreichen Bereichs sind, der am nächsten zu dem externen Teil ist. Jedoch ist ein möglicher Vorteil des Nutzens einer internen Einfügungskomponente 524, die mit Partikeln vorbeschichtet ist, der, das nach einem Aushärten des geschmolzenen Materials der externen Teilkomponente 536 der partikelreiche Bereich I allgemein eine homogenere Verteilung von Partikeln aufweist, was wiederum eine gleichmäßigere Verteilung von Bläschenbildungsorten, besserer Mikrostrukturverbesserung, Versetzungsverankerung und verbesserte Verbindungsstärke im Allgemeinen fördern kann.A concentration of the particles may form a gradient through the material, eg, where they are more concentrated in a portion of the particle-rich region that is closest to the insertion and less concentrated in a portion of the particle-rich region that is closest to the external part , However, one possible advantage of using an internal insertion component 524 which is precoated with particles after curing of the molten material of the external subcomponent 536 particle-rich region I generally has a more homogeneous distribution of particles, which in turn can promote more uniform distribution of bubble sites, better microstructure improvement, dislocation anchorage, and improved bond strength in general.

In einem Beispiel wird die interne Einfügungskomponente 524 anfangs mit ungefähr 15 Gew.-% Partikeln an einer Außenfläche der internen Einfügungskomponente 524 beschichtet. Mit einer im Wesentlichen homogenen Verteilung der Partikel auf der Oberfläche kann eine reduzierte Korngröße des resultierenden partikelreichen Bereichs I erzielt werden. In einem Beispiel ist die Korngröße in dem partikelreichen Bereich reduziert um 30% bis 50% in einem Beispiel, in dem die Partikel eine im Wesentlichen homogene Verteilung auf dem Abschnitt bzw. den Abschnitten der Außenfläche der internen Einfügungskomponente 524 aufweisen, die beschichtet ist/sind, verglichen mit vergleichbaren Materialien oder Legierungen, die eine schlechte Partikeldispersionshomogenität aufweisen oder ohne Partikel gebildet sind. In einigen vorhergehenden Verfahren des Einführens von Partikel beim Gießen hat ein Verklumpen der Partikel resultiert, was den Zweck des Nutzens der Partikel zerstören kann, da es Bereiche mit nicht-gleichmäßiger Mikrostruktur erzeugt (und als Ergebnis verschlechterte mechanische und Verbindungseigenschaften). In einem Beispiel einer im Wesentlichen homogenen Verteilung von Partikeln variiert eine Messung mit Gewichtsprozent der Partikelverteilung nicht um mehr als 12% irgendwo auf dem Abschnitt bzw. den Abschnitten der Außenfläche der internen Einfügungskomponente 524, die mit den Partikeln beschichtet wird. Zum Beispiel in einer Ausführungsform, in der Partikel eine 15 Gew.-% Verteilung auf der Oberfläche der internen Einfügungskomponente 524 wie voranstehend benannt, aufweisen, bedeutet eine im Wesentlichen homogene Verteilung, dass ein Gewichtsprozentsatz der Partikel in dem Abschnitt bzw. in den Abschnitten der Außenfläche der internen Einfügungskomponente 524, die beschichtet sind, von 13,2 Gew.-% bis 16,8 Gew.-% variieren kann.In an example, the internal insertion component becomes 524 initially with about 15% by weight of particles on an outer surface of the internal insertion component 524 coated. With a substantially homogeneous distribution of the particles on the surface, a reduced particle size of the resulting particle-rich region I can be achieved. In one example, the particle size in the particle-rich region is reduced by 30% to 50% in an example in which the particles have a substantially homogeneous distribution on the portion or portions of the outer surface of the internal insertion component 524 which is coated compared to comparable materials or alloys which have poor particle dispersion homogeneity or are formed without particles. In some previous methods of introducing particles during casting, clumping of the particles has resulted, which may destroy the purpose of the benefit of the particles, as it creates regions of non-uniform microstructure (and as a result, degraded mechanical and bonding properties). In an example of a substantially homogeneous distribution of particles, a measurement by weight percent of the particle distribution does not vary more than 12% anywhere on the section (s) of the particle distribution Outside surface of the internal insertion component 524 that is coated with the particles. For example, in one embodiment, the particles have a 15% by weight distribution on the surface of the internal insertion component 524 As stated above, a substantially homogeneous distribution means that a weight percentage of the particles in the portion or in the portions of the outer surface of the internal insertion component 524 coated, may vary from 13.2% to 16.8% by weight.

In Bezug auf die 7A-7D ist ein weiteres Beispiel der internen Einfügungskomponente 624 und einer externen Teilkomponente 636 dargestellt. Die interne Einfügungskomponente 624 kann hohl sein und aus Magnesium gebildet sein (obwohl andere Materialien stattdessen genutzt werden können) und weist einen Hauptkörperabschnitt 624a und einen Abdeckungsabschnitt 624b auf. Der Hauptkörperabschnitt 624a und der Abdeckungsabschnitt 624b können miteinander verbunden werden, um die interne Einfügungskomponente 624 auszubilden. Abschnitte von einem oder beiden von dem Abdeckungsabschnitt 624b und dem Hauptkörperabschnitt 624a können mit Partikeln beschichtet sein, so wie in jedem der voranstehend beschriebenen Beispiele. Die zusammengebaute interne Einfügungskomponente 624 kann dann in einer Gussform angeordnet werden (nicht dargestellt in den 7A-7D) und eine externe Teilkomponente 636 kann um die interne Einfügungskomponente 624 durch Einspritzen von geschmolzenem Aluminiummaterial in die Gussformhöhle gebildet werden, z.B. durch einen Hochdruckformgussprozess. Demgemäß kann ein partikelreicher Bereich zwischen der internen Einfügungskomponente 624 und der externen Teilkomponente 636 bereitgestellt werden.Regarding the 7A-7D is another example of the internal insertion component 624 and an external subcomponent 636 shown. The internal insertion component 624 may be hollow and made of magnesium (although other materials may be used instead) and has a main body portion 624a and a cover portion 624b on. The main body section 624a and the cover portion 624b can be linked together to the internal insertion component 624 train. Sections of one or both of the cover section 624b and the main body portion 624a may be coated with particles as in any of the examples described above. The assembled internal insertion component 624 can then be arranged in a mold (not shown in the 7A-7D ) and an external subcomponent 636 can be around the internal insertion component 624 by injecting molten aluminum material into the mold cavity, for example by a high pressure die casting process. Accordingly, a particle-rich region between the internal insertion component 624 and the external subcomponent 636 to be provided.

Verfahren zum Erzeugen des Verbundwerkstoffteils -Method for producing the composite part -

Nunmehr in Bezug auf 8 wird ein beispielhafter Prozess 800 zum Bilden eines Verbundwerkstoffteils dargestellt, das eine interne Einfügungskomponente und eine externe Teilkomponente aufweist. Der Prozess 800 kann an einem Block 810 beginnen, wo eine interne Einfügungskomponente in einer Gussformhöhle angeordnet ist. Zum Beispiel, wie voranstehend beschrieben, kann eine interne Einfügungskomponente 224, 324, 424, 524 oder 624 innerhalb einer Gussform angeordnet sein. In einigen Beispielen kann die interne Einfügungskomponente mit einer Beschichtung auf zumindest einem Abschnitt einer Außenfläche bereitgestellt sein, um die Bildung eines partikelreichen Bereichs zu vereinfachen. Während die interne Einfügungskomponente aus jeglichem Material, das geeignet ist, gebildet sein kann, sind beispielhafte Materialien magnesiumbasierte Legierungen und andere Materialien. Der Prozess 800 kann dann zum Block 820 fortschreiten.Now in terms of 8th becomes an exemplary process 800 for forming a composite part having an internal insertion component and an external part component. The process 800 can at a block 810 begin where an internal insertion component is located in a mold cavity. For example, as described above, an internal insertion component 224 . 324 . 424 . 524 or 624 be arranged within a mold. In some examples, the internal insertion component may be provided with a coating on at least a portion of an outer surface to facilitate the formation of a particle-rich region. While the internal insertion component may be formed of any material that is suitable, exemplary materials include magnesium-based alloys and other materials. The process 800 can then go to the block 820 progress.

Beim Block 820 kann ein geschmolzenes Material um die interne Einfügungskomponente gegossen werden. Zum Beispiel kann wie voranstehend beschrieben, ein geschmolzenes aluminiumbasiertes Material in eine Gussformhöhle eingeführt werden, die die interne Einfügungskomponente enthält. Jegliche Anzahl von verschiedenen Gussprozessen kann genutzt werden einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Erdanziehungskraft-Gießen bzw. Kokillen-Gießen, Niederdruck-Gießen und Hochdruckkokillen-Gießen. Gemäß einiger Ausführungsformen wird das Hochdruckkokillen-Gießen bzw. Hochdruckformgießen von Aluminiumlegierungen bevorzugt.At the block 820 For example, a molten material may be poured around the internal insertion component. For example, as described above, a molten aluminum-based material may be introduced into a mold cavity containing the internal insertion component. Any number of different casting processes may be used including, but not limited to, gravity casting, low pressure casting and high pressure die casting. According to some embodiments, high pressure die casting of aluminum alloys is preferred.

Fortschreiten zu Block 830 kann die interne Einfügungskomponente gekühlt werden, wenn das geschmolzene Material um die interne Einfügungskomponente gegossen wird. Das Kühlen kann vereinfacht werden, zum Beispiel, durch Nutzen von Anordnungs- oder Stützstiften 226, 326, 426 wie voranstehend beschrieben. Konsistent mit den bereitgestellten Beispielen kann das Kühlen unter Nutzen der Anordnungsstifte 226, 326, 426 vereinfacht werden mit einem Phasenänderungsmaterial, in dem ein fester Anordnungsstift Wärme von der Gussform leitet und/oder mit Flüssigkeitskühlungskanälen innerhalb des Anordnungsstifts, lediglich als Beispiele. Der Prozess 800 kann dann zum Block 840 fortschreiten.Progression to block 830 For example, the internal insertion component may be cooled as the molten material is poured around the internal insertion component. Cooling can be simplified, for example, by using locating or support pins 226 . 326 . 426 as described above. Consistent with the examples provided, cooling can be done using the array pins 226 . 326 . 426 may be simplified with a phase change material in which a fixed locator pin conducts heat from the mold and / or with liquid cooling passages within the locator pin, merely as examples. The process 800 can then go to the block 840 progress.

Beim Block 840 kann das geschmolzene Material aushärten zum Ausbilden einer externen Teilkomponente, die um die interne Einfügungskomponente angeordnet ist. Das geschmolzene Material kann gekühlt werden oder aushärten zur Nutzung von Kühlmerkmalen in der Gussform oder in Anordnungsstiften. Des Weiteren, wie voranstehend beschrieben, kann in einigen Ansätzen ein partikelreicher Bereich ausgebildet werden zwischen der internen Einfügungskomponente und der externen Teilkomponente, z.B. durch Dispergieren von Partikeln, die anfangs in einer Beschichtung auf einen Abschnitt der internen Einfügungskomponente beaufschlagt werden, wie voranstehend beschrieben.At the block 840 For example, the molten material may harden to form an external subcomponent that is disposed about the internal insertion component. The molten material may be cooled or hardened to utilize cooling features in the mold or in locating pins. Furthermore, as described above, in some approaches, a particle-rich region may be formed between the internal insertion component and the external subcomponent, eg, by dispersing particles that are initially exposed in a coating to a portion of the internal insertion component, as described above.

Es ist zu verstehen, dass die voranstehende Beschreibung nicht eine Definition der Erfindung ist, sondern lediglich eine Erläuterung von einer oder mehrerer beispielhafter Darstellungen der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die speziellen Beispiele beschränkt, die offenbart sind, sondern ist anstatt einzig durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Des Weiteren beziehen sich die Stellungnahmen in der vorangehenden Beschreibung auf bestimmte beispielhafte Darstellungen und sind nicht als Beschränkungen des Schutzbereichs der Erfindung oder der Definition von Begriffen zu verstehen, die in den Ansprüchen verwendet werden, außer wenn ein Begriff oder eine Phase ausdrücklich voranstehend definiert wird. Verschiedene andere Beispiele oder verschiedene Änderungen und Modifikationen in den offenbarten Ausführungsformen werden dem Durchschnittsfachmann verständlich. Alle solche anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sind dazu vorgesehen, in den Schutzbereich der anliegenden Ansprüche zu fallen.It should be understood that the foregoing description is not a definition of the invention, but merely an illustration of one or more exemplary illustrations of the invention. The invention is not limited to the specific examples disclosed, but rather is defined solely by the following claims. Furthermore, the statements in the foregoing description refer to certain exemplary illustrations and are not to be construed as limitations on the scope of the invention or on the definition of terms used in the claims unless a term or phase is expressly defined above. Various other examples or various changes and modifications in the disclosed embodiments will be apparent to those of ordinary skill in the art. All such other embodiments, changes and modifications are intended to be within the scope of the appended claims.

Wie in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen benutzt, sind die Begriffe „zum Beispiel“, „z.B.“, „beispielsweise“, „etwa wie“ und „wie“ und die Verben „mit“, „aufweisen“, „umfassend“ und ihre anderen Verbformen, wenn sie Verbindung mit einer Aufzählung oder einer oder mehrerer Komponenten oder anderen Dingen genutzt werden, jeweils als offen anzusehen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht als ausschließend von anderen zusätzlichen Komponenten oder Dingen anzusehen ist. Andere Begriffe sind in ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung auszulegen, solange sie nicht in einem Zusammenhang benutzt werden, der eine andere Interpretation erfordert. As used in this specification and in the claims, the terms "for example", "eg", "for example", "about as" and "as" and the verbs "with", "having", "comprising" and their are other forms of verbs, when used in conjunction with an enumeration or one or more components or other things, are each considered to be open, meaning that the listing is not to be considered as excluding other additional components or things. Other terms are to be construed in their broadest reasonable sense unless they are used in a context that requires a different interpretation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 62415896 [0001]US 62415896 [0001]

Claims (20)

Verbundmetallteil, mit: einer internen Einfügungskomponente, die aus einem ersten Metallmaterial hergestellt ist und eine Beschichtung auf zumindest einem Abschnitt einer Außenfläche aufweist; einer externen Teilkomponente, die aus einem zweiten Metallmaterial hergestellt ist und um zumindest einen Abschnitt der internen Einfügungskomponente gegossen ist; und einen partikelreichen Bereich, der eine Mehrzahl von dispergierten Partikeln von der Beschichtung aufweist und zwischen der internen Einfügungskomponente und der externen Teilkomponente angeordnet ist, wobei das erste Metallmaterial verschieden von dem zweiten Metallmaterial ist.Composite metal part, with: an internal insertion component made of a first metal material and having a coating on at least a portion of an outer surface; an external sub-component made of a second metal material and molded around at least a portion of the internal insertion component; and a particle-rich region having a plurality of dispersed particles from the coating and disposed between the internal insertion component and the external sub-component, the first metal material being different from the second metal material. Verbundmetallteil nach Anspruch 1, wobei der partikelreiche Bereich eine intermetallische Schicht aufweist, die aus dem ersten Metallmaterial, dem zweiten Metallmaterial und der Beschichtung gebildet ist.Composite metal part after Claim 1 wherein the particle-rich region comprises an intermetallic layer formed of the first metal material, the second metal material and the coating. Verbundmetallteil nach Anspruch 1, wobei der partikelreiche Bereich eine Schicht zwischen den ersten und zweiten Metallmaterialien bildet, die eine Dicke von ungefähr 20 Mikrometern (µm) bis 180 Mikrometern (µm), einschließlich, aufweist.Composite metal part after Claim 1 wherein the particle-rich region forms a layer between the first and second metal materials having a thickness of from about 20 microns (μm) to 180 microns (μm), inclusive. Verbundmetallteil nach Anspruch 1, wobei das erste Metallmaterial ein magnesiumbasiertes Material aufweist.Composite metal part after Claim 1 wherein the first metal material comprises a magnesium-based material. Verbundmetallteil nach Anspruch 1, wobei die interne Einfügungskomponente hohl ist.Composite metal part after Claim 1 where the internal insertion component is hollow. Verbundmetallteil nach Anspruch 1, wobei das zweite Metallmaterial ein aluminiumbasiertes Material aufweist.Composite metal part after Claim 1 wherein the second metal material comprises an aluminum-based material. Verbundmetallteil nach Anspruch 6, wobei das aluminiumbasierte Material eines von einer Aluminium-A380-Legierung, einer A360-Legierung, einer Aural-2-Legierung oder einer ADC12-Legierung aufweist.Composite metal part after Claim 6 wherein the aluminum-based material comprises one of an aluminum A380 alloy, an A360 alloy, an Aural-2 alloy or an ADC12 alloy. Verbundmetallteil nach Anspruch 6, wobei sowohl die Beschichtung auf der internen Einfügungskomponente als auch die Mehrzahl von dispergierten Partikeln in dem partikelreichen Bereich eines von einem siliziumbasierten Material, einem titanbasierten Material, einem Oxid und/oder einem Carbid aufweist.Composite metal part after Claim 6 wherein both the coating on the internal insertion component and the plurality of dispersed particles in the particle-rich region comprise one of a silicon-based material, a titanium-based material, an oxide and / or a carbide. Verbundmetallteil nach Anspruch 1, wobei das Verbundmetallteil ein Achsschenkel ist.Composite metal part after Claim 1 wherein the composite metal part is a steering knuckle. Verbundmetallteil nach Anspruch 1, des Weiteren mit einem Stützstift, der mit der internen Einfügungskomponente in Eingriff ist und in die externe Teilkomponente eingegossen ist.Composite metal part after Claim 1 , further comprising a support pin which engages with the internal insertion component and is molded into the external subcomponent. Verbundmetallteil nach Anspruch 1, wobei die externe Teilkomponente eine Lücke entlang einer Außenfläche definiert, wobei teilweise die interne Einfügungskomponente freigelegt ist.Composite metal part after Claim 1 wherein the external sub-component defines a gap along an outer surface, partially exposing the internal insertion component. Verbundmetallteil nach Anspruch 1, wobei die Partikel der Beschichtung der internen Einfügungskomponente initial in einer im Wesentlichen homogenen Verteilung über den Abschnitt der Außenfläche der internen Einfügungskomponente beaufschlagt sind.Composite metal part after Claim 1 wherein the particles of the coating of the internal insertion component are initially applied in a substantially homogeneous distribution over the portion of the outer surface of the internal insertion component. Verfahren zum Bilden eines Verbundwerkstoffteils, das eine interne Einfügungskomponente und eine externe Teilkomponente aufweist, mit den folgenden Schritten: Anordnen der internen Einfügungskomponente in einer Gussformhöhle, wobei die interne Einfügungskomponente ein erstes Metallmaterial aufweist, und wobei zumindest ein Abschnitt einer Außenfläche der internen Einfügungskomponente mit einer Beschichtung bedeckt ist, die eine Mehrzahl von Partikel aufweist; Gießen eines geschmolzenen Materialien um die interne Einfügungskomponente, wobei das geschmolzene Material ein zweites Metallmaterial aufweist, das verschieden von dem ersten Metallmaterial ist, und Aushärten der geschmolzenen Materialien zum Bilden der externen Teilkomponente des Verbundwerkstoffteils, wodurch Formpartikel dispergiert werden, um einen partikelreichen Bereich zu bilden, der zwischen der internen Einfügungskomponente und der externen Teilkomponente angeordnet ist.A method of forming a composite part having an internal insertion component and an external part component, comprising the steps of: Arranging the internal insertion component in a mold cavity, wherein the internal insertion component comprises a first metal material, and wherein at least a portion of an outer surface of the internal insertion component is covered with a coating comprising a plurality of particles; Casting a molten material around the internal insertion component, wherein the molten material comprises a second metal material different from the first metal material, and Curing the molten materials to form the external subcomponent of the composite part, thereby dispersing mold particles to form a particle rich region disposed between the internal insertion component and the external subcomponent. Verfahren nach Anspruch 13, des Weiteren mit dem Kühlen der internen Einfügungskomponente, wenn das geschmolzene Material um die interne Einfügung gegossen wird.Method according to Claim 13 and further cooling the internal insertion component as the molten material is poured around the internal insert. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das erste Metallmaterial ein magnesiumbasiertes Material aufweist und das zweite Metallmaterial ein aluminiumbasiertes Material aufweist.Method according to Claim 13 wherein the first metal material comprises a magnesium-based material and the second metal material comprises an aluminum-based material. Verfahren nach Anspruch 15, wobei sowohl die Beschichtung auf der internen Einfügungskomponente als auch die Mehrzahl von dispergierten Partikeln in dem partikelreichen Bereich eines von einem siliziumbasierten Material, einem titanbasierten Material, einem Oxid und/oder einem Carbid aufweisen.Method according to Claim 15 wherein both the coating on the internal insertion component and the plurality of dispersed particles in the particle-rich region comprise one of a silicon-based material, a titanium-based material, an oxide and / or a carbide. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Beschichtung im Wesentlichen homogen über den Abschnitt der Außenfläche der internen Einfügungskomponente verteilt ist.Method according to Claim 13 wherein the coating is substantially homogeneously distributed over the portion of the outer surface of the internal insertion component. Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein Gewichtsprozentsatz der Beschichtung nicht mehr als 12% entlang dem Abschnitt der Außenfläche der internen Einfügungskomponente variiert, bevor das geschmolzene Material gegossen wird. Method according to Claim 17 wherein a weight percentage of the coating does not vary more than 12% along the portion of the outer surface of the internal insertion component before the molten material is poured. Verfahren nach Anspruch 13, des Weiteren mit dem Kühlen des partikelreichen Bereichs unter Nutzung eines gerichteten Kühlungspfads zu der internen Einfügungskomponente.Method according to Claim 13 , further comprising cooling the particle-rich region using a directional cooling path to the internal insertion component. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Kühlungspfad entlang eines Stützstifts ist, der die interne Einfügungskomponente in der Gussformhöhle stützt.Method according to Claim 19 wherein the cooling path is along a support post supporting the internal insertion component in the mold cavity.
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