(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、特に有利な方式で鋳造部品を熱処理することができる、鋳造部品を製造する方法及びシステムを提供することである。【解決手段】  本発明は、鋳造部品（１０）、具体的にはダイカスト部品、具体的にはアルミニウム合金製の鋳造部品を製造する方法に関する。この方法では、鋳造部品（１０）は、鋳造プロセスと鋳造部品の型（１２）からの取外しとに続いて、少なくとも部分的に熱処理プロセスにかけられ、熱処理中に目標温度（ＴＳ）に達した直後に冷却されるか、又は冷却前に、３分までの保持時間（ｔｈ）の間熱処理される。本発明はさらに、こうしたタイプの鋳造部品（１０）を製造するシステムに関する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイカスト部品のような鋳造部品（１０）、特にアルミニウム合金製の鋳造部品（１０）を製造し、前記鋳造部品（１０）が、鋳造プロセスと前記鋳造部品の型（１２）からの取り外しとに続いて、少なくとも部分的に熱処理プロセスにかけられる、鋳造部品を製造する方法において、
前記鋳造部品（１０）が、熱処理中に目標温度（ＴＳ）に達した直後に冷却されるか、又は冷却前に、５分まで、特に３分までの保持時間（ｔｈ）の間、熱処理されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記熱処理中に前記目標温度（ＴＳ）に達した後且つ冷却前に、前記鋳造部品（１０）が、１２０秒までの保持時間（ｔｈ）、特に９０秒までの保持時間（ｔｈ）の間熱処理されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱処理中に前記目標温度（ＴＳ）に達した後且つ冷却前に、前記鋳造部品（１０）が、６０秒までの保持時間（ｔｈ）、特に３０秒までの保持時間（ｔｈ）の間熱処理されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記熱処理中の前記目標温度（ＴＳ）が、４２０〜５６０℃、特に４９０〜５４０℃の範囲であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記鋳造部品（１０）が、前記目標温度（ＴＳ）に達するまで、少なくとも実質上温度勾配２〜１２Ｋ／ｓ、特に温度勾配４〜８Ｋ／ｓで加熱されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記鋳造部品（１０）が、前記目標温度（ＴＳ）まで温風の流動空気によって加熱されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記鋳造部品（１０）が、複数の温風の空気流（ノズル６８）によって加熱されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記鋳造部品（１０）が、前記目標温度（ＴＳ）より２０〜４００℃の範囲だけ高い温度、特に１００〜３００℃の範囲だけ高い温度で前記目標温度（ＴＳ）まで加熱されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記鋳造部品（１０）が、５００〜７５０℃の範囲の温度、特に６００〜７２０℃の範囲の温度で前記目標温度（ＴＳ）まで加熱されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記鋳造部品（１０）が、前記目標温度（ＴＳ）から２００℃より低い温度、特に１００〜１５０℃の範囲の温度（Ｔａ）まで冷却されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記鋳造部品（１０）が、前記目標温度（ＴＳ）から流動空気によって冷却されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記鋳造部品（１０）が、複数の低温空気流（ノズル６８）によって冷却されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記鋳造部品（１０）の熱処理が、前記鋳造部品が型（１２）から取り外された後１５分の期間内に始まることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記鋳造部品（１０）の熱処理が、前記鋳造部品が型（１２）から取り外された後２分までの期間内、好ましくは１５秒までの期間内に始まることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記鋳造部品（１０）が５０〜４００℃の範囲の温度（Ｔａ）のときに、前記熱処理プロセスが始まることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
Ｔ４熱処理、Ｔ６熱処理、Ｔ７熱処理又はＯ調質が、熱処理プロセスとして利用されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
熱硬化性アルミニウム合金が、前記鋳造部品（１０）、具体的には前記ダイカスト部品に用いられることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
Ｍｇ含有率が０．０４〜０．６重量％、特に０．０８〜０．１８重量％であるアルミニウム合金が、前記鋳造部品（１０）、具体的には前記ダイカスト部品に用いられることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記鋳造部品（１０）が、少なくとも部分的に熱処理されることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
ダイカスト部品のような鋳造部品（１０）、特にアルミニウム合金製の鋳造部品（１０）を製造するシステムであって、熱処理装置（２８）を備え、前記熱処理装置（２８）によって、前記鋳造部品（１０）が、鋳造プロセスと前記鋳造部品の型（１２）からの取り外しとに続いて、少なくとも部分的に熱処理プロセスにかけられる、鋳造部品を製造するシステムにおいて、
前記熱処理装置（２８）では、少なくとも１つの熱処理セクション（４０）中の温度が、前記熱処理の目標温度（ＴＳ）より、２０〜４００℃の範囲、特に１００〜３００℃の範囲だけ高いことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
前記熱処理装置（２８）では、少なくとも１つの前記熱処理セクション（４０）中の温度が、５００〜７５０℃の範囲、特に６００〜７２０℃の範囲であることを特徴とする、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記鋳造部品（１０）が、同一の搬送システム（ロボット２４）によって、前記型（１２）から取り外されて前記熱処理装置（２８）に搬送されることを特徴とする、請求項２０又は２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記鋳造部品（１０）が、前記型（１２）から取り外され、中間の保管なしに、前記搬送システム（ロボット２４）によって、前記熱処理装置（１８）に搬送されることを特徴とする、請求項２０又は２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記熱処理装置（２８）が、前記鋳造部品（１０）を前記目標温度（ＴＳ）まで温風の流動空気によって加熱する装置（５２）を備えることを特徴とする、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記鋳造部品（１０）を加熱する前記装置（５２）が、温風の空気流を生成する複数のノズル（６８）などを備えることを特徴とする、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記熱処理装置（２８）が、前記鋳造部品（１０）を前記目標温度（ＴＳ）から流動空気によって冷却する装置（５８）を備えることを特徴とする、請求項２０〜２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記鋳造部品（１０）を冷却する前記装置（５６）が、低温空気流を生成する複数のノズル（６８）などを備えることを特徴とする、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記鋳造部品（１０）を前記目標温度（ＴＳ）まで加熱する前記熱処理セクション（４０）が、少なくとも１つのチャンバ（４２）を備えることを特徴とする、請求項２０〜２７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記鋳造部品（１０）を前記目標温度（ＴＳ）まで加熱する前記熱処理セクション（４０）が、保持チャンバ（４４）を備えることを特徴とする、請求項２０〜２８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３０】
前記熱処理装置（２８）が、インプットチャンバ（４６）及び／又はアウトプットチャンバ（４８）を備えることを特徴とする、請求項２０〜２９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３１】
前記熱処理装置（２８）の前記チャンバ（４２、４４、４６、４８）が、それぞれスルース（５０）によって互いに且つ外部から分離されていることを特徴とする、請求項２８〜３０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
請求項１〜１９のいずれか一項による方法を実行するように構成されることを特徴とする、請求項２０〜３１のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造部品を製造する方法及びシステム、具体的にはダイカスト部品を製造する方法及びシステム、具体的には請求項１、２０の前提部分（ｐｒｅａｍｂｌｅｓ）で開示されるタイプのアルミニウム合金で作られる鋳造部品を製造する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造部品を製造する現行の従来方法では、通常、鋳造部品は、鋳造され凝固されるとすぐに、溶湯と共に鋳型から取り外される。その場合は、鋳造部品はまだ離型温度が例えば５０〜４００℃である。次いで、鋳造部品は通常、静止空気若しくは流動空気中で、又はリザーバ中で焼き入れすることによって、或いは冷却液、具体的には水を噴霧することによって、さらに冷却される。鋳造部品を扱いやすい温度まで大幅に冷却するとすぐに、スプルーシステムなどのスラグを分離し、鋳造部品のバリをおおまかに除去する。鋳造部品の機械的特性を向上させるために後続の熱処理を行わなければならない場合には、その部品は通常、一時的に、数時間又は数日間保管され、その後で後続の熱処理が行われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
後続の１工程又は２工程の熱処理は通常、別個のシステム中で行われる。鋳造部品は通常、目標温度まで加熱され、その温度である長さの時間だけ維持される。その後、その鋳造部品は、目標温度又は保持温度からより低い温度まで、例えば室温まで同様に冷却される。
【０００４】
本発明の目的は、特に有利な方式で鋳造部品を熱処理することができる、上記タイプの方法及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
その目的は、本発明により、請求項１、２０の特徴を有する、鋳造部品を製造する方法及びシステムによって実現される。本発明の有用で非自明な進歩のある有利な形態は、独立請求項で開示される。
【０００６】
特に有利な方式で鋳造部品が熱処理される上記タイプの方法を提供するため、鋳造部品を、熱処理中に目標温度に達した直後に冷却するか、又は冷却前に、５分まで、特に３分までの保持時間の間、熱処理することが本発明により提供される。言い換えると、この方法の場合は、２つの異なる形態に従って熱処理を実行することができる。鋳造部品を目標温度又は保持温度に達した直後に冷却するか、或いは目標温度に達した後で、鋳造部品を最大５分まで、特に最大３分までその保持温度で維持する。したがって、具体的には、こうしたタイプの熱処理プロセスの場合は、例えばアルミニウム−ケイ素合金製の鋳造部品では、１００Ｎ／ｍｍ２から２１０Ｎ／ｍｍ２の範囲の降伏点Ｒｐ０．２及びおよそ８％から２０％の範囲の破断伸びＡ５を実現できることが分かっている。鋳造部品を使用する分野に応じて、非常に短い熱処理によって、特に有利な降伏点Ｒｐ０．２又は破断伸びＡ５の値を実現することができる。したがって、例えば乗用車の緩衝構造にこの鋳造部品を使用し、それにより、各車両の構造が衝突に巻き込まれ、事故によって生じる高い衝撃力を受ける際に（エネルギー吸収の場合に）弾性がなければならない場合は、高い値の破断伸びＡ５、例えばこの熱処理により１５％より高い値を実現することができる。さらに、それに応じて、自動車のボディフレーム要素などに例えば、アルミニウム−ケイ素合金製の鋳造部品が使用され、それに応じて高いレベルの強さ及び剛性を示さなければならない場合に、例えばこの熱処理によって、１８０Ｎ／ｍｍ２より高い降伏点Ｒｐ０．２である高い強度特性を実現することができる。
【０００７】
非常に短い熱処理プロセスの特定の有利な点はさらに、鋳造プロセスの現行のサイクルタイムに特に有利に適合することができる点にある。ダイカストの場合、通常は、１サイクルは例えば５０秒から１００秒の間継続する。したがって、この熱処理は、ダイカスト部品を離型するとすぐに、前記部品を後続の短い熱処理にかけるために、その残留熱を用いた熱処理装置中に入れることができるようにして、任意選択で有利に設定することができる。この場合のように、熱処理中に保持時間が無いか又は短い保持時間しかないように選択する場合は、鋳造部品は、加熱段階中には熱処理装置の内部で実質上単に目標温度のままである。したがって、それに応じて、目標温度までの加熱は、熱処理全体がダイカストプロセスのサイクルタイムに適合される程度の短い時間に設定することができる。したがって、任意選択で、バッファ炉などを省くことが可能である。
【０００８】
本発明のさらなる実施形態では、熱処理中に目標温度に達した後且つ冷却前に、鋳造部品を１２０秒までの保持時間、特に９０秒までの保持時間の間だけ熱処理する。他の好ましい実施形態はさらに、保持時間を６０秒まで、特に３０秒までしか設けない。この保持時間を短くすることができるほど、この方法がより経済的に実現可能なものになる。少なくとも、保持時間を短縮することにより、中間の保管なしで特に速く且つ特に費用対効果が大きくなるようにして鋳造部品を製造することができる、鋳造部品を製造する方法が実現される形で、熱処理を上記の鋳造プロセスに組み込むことが可能になる。
【０００９】
他の好ましい実施形態では、熱処理中の目標温度は、４２０℃から５６０℃の範囲、特に４９０℃から５４０℃の範囲になるような特定の形で設定される。したがって、具体的には、溶体化処理が実現され、それに続いて時効硬化を行うことができる。
【００１０】
少なくとも実質上、温度勾配２Ｋ／ｓ（ケルビン／秒）から１２Ｋ／ｓ、特に温度勾配４Ｋ／ｓから８Ｋ／ｓで、目標温度に達するまで、鋳造部品が加熱される場合はこれも有利であると実証されている。したがって、鋳造部品を比較的短い時間で目標温度にすることができる。具体的には、鋳造部品の鋳造熱も用いる場合、すなわち、一旦鋳造し離型したら鋳造部品をすぐに又は即座に熱処理にかける場合は、目標温度に達するまで非常に短い加熱時間を確認することができる。これらの加熱時間は、例えば約３０〜１８０秒である。さらに、目標温度又は保持温度での保持時間が無いか、或いは５分まで、又は特に３分までの比較的短い保持時間が選択される場合は、非常に短い時間内に熱処理全体を明確に実行することができる。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態では、鋳造部品は、温風若しくは熱風の流動空気又は他の移動ガスによって目標温度まで加熱される。したがって、所望の高い温度勾配が実現される。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態では、鋳造部品を加熱する複数の温風の空気流を用いることが有利であることが実証されている。それらの複数の温風の空気流は、任意選択で異なる温度にすることができ、したがって、厚さなどが異なる鋳造部品を均一に加熱することができ、鋳造部品全体にわたってむらなく目標温度に達することができる。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態では、鋳造部品は、目標温度より２０℃から４００℃の範囲だけ高い温度で、特に１００℃から３００℃の範囲だけ高い温度で目標温度まで加熱される。言い換えると、鋳造部品には、例えば、温風又は熱風の流動空気が供給され、その流動空気の温度は、鋳造部品の所望の目標温度又は保持温度より著しく温かいか又は熱い。したがって、具体的には、こうした過度の温度が鋳造部品の構造に損傷を与えることなしに、特に急速に鋳造部品を目標温度まで加熱することが可能になる。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態では、例えば５００℃から７５０℃の範囲、特に６００℃から７２０℃の範囲の温度の温風又は熱風の流動空気を用いる場合は、それが有利であることが実証されている。したがって、アルミニウム−ケイ素合金からなる鋳造部品が、例えば、特に急速に確実に加熱される。
【００１５】
鋳造部品が目標温度から、２００℃より低い温度、特に１００℃から１５０℃の範囲の温度に冷却される場合は、それが有利であることも実証されている。本発明の他の実施形態では、例えばこれを流動空気によって実現することができ、前記空気は、例えば複数の低温の空気流によって生成される。次いで、複数の低温の空気流は、例えば部品の厚さが異なる領域を均等に冷却するように、強度又は温度を上下させることができる。どのような場合でも、例えば、鋳造部品を目標温度まで加熱するときの温度勾配の範囲内にある負の温度勾配を有する冷風の流動空気によって加速冷却が実現される。
【００１６】
鋳造部品をさらにエネルギー効率の良い方式で熱処理にかけることを可能にし、非常に速い製造時間で鋳造部品を製造することを可能にするために、本発明のさらなる実施形態では、型から取り外した直後、又は型から取り外した後１５分までの期間内に、鋳造部品の熱処理を開始することが提供される。したがって、言い換えると、鋳造部品を型から取り外した後でもはや周囲温度又は室温まで冷却しないが、その代わりに鋳造部品の凝固熱又は残留熱が熱処理中に鋳造部品を再度加熱するのに使用されることが提供される。その場合は、鋳造部品は、具体的には、離型温度に近い温度から再度加熱され、熱処理をかけられる。さらなる利点はまた、今や離型と後続の熱処理との間に鋳造部品を保管するのに必要な時間及びコストを大幅に削減できることである。
【００１７】
本発明の有利な実施形態では、鋳造部品の熱処理プロセスが、鋳造部品が型から取り外された後で２分までの期間内、好ましくは１５秒までの期間内に開始されることが提供される。鋳造部品は、そのとき、おそらく離型温度に近い最も高い温度である。本発明のさらなる有利な実施形態では、熱処理プロセスが離型後すぐに又は３秒から８秒の期間内に開始されることが提供され、そのため、少なくとも概して離型温度から鋳造部品を加熱することができる。このような短い時間で、特に速いサイクルタイム及び特に速い鋳造部品の製造を実現できることが明らかである。
【００１８】
熱処理プロセスが５０℃から４００℃の範囲の鋳造部品の温度、好ましくは鋳造部品が１５０℃より高い温度で開始される場合にそのことも有利な点である。したがって、周囲温度又は室温から加熱する場合に必要になるよりずっと小さい温度差しか鋳造部品を加熱する必要がないので、アルミニウム−ケイ素合金の場合は概して４００℃から５４０℃の範囲の温度まで、特に経済的に実現可能な方式で鋳造部品を加熱することができる。したがって、例えば、鋳造部品を離型し熱処理装置中に配置するときの約１５０℃と、鋳造部品を熱処理するときの約４９０℃との間の温度差しか乗り越える必要がないので、非常に経済的に実現可能であり環境にも良いと思われる製造プロセスを実現することができるようにして、エネルギー及び時間を節約する可能性が非常に高い。
【００１９】
本発明のさらなる実施形態では、アルミニウム鋳造合金に関して通例であり、溶体化処理、冷却及び時効硬化をもたらすＴ６熱処理又はＴ７熱処理を熱処理プロセスとして利用する。或いは、溶体化処理のみを含むＴ４熱処理を利用することもでき、軟化焼きなましのみを含むＯ調質（ａｎ  Ｏ  ｈｅａｔ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）を利用することもできる。こうしたタイプの軟化焼きなましプロセスは、好ましくは、２８０℃から４４０℃の範囲、特に、３４０℃から４２０℃の範囲の温度で行われる。
【００２０】
したがって、本発明による製造方法は、具体的には、アルミニウム−ケイ素合金製の鋳造部品のダイカストをするときに、この場合は時間及びエネルギーを大幅に節約する可能性があるので、有利であることが分かっている。例えば、Ｍｇ含有率が０．０４〜０．６重量％、特に０．０８〜０．１８重量％であるＡｌＳｉ１０ＭｎＭｇタイプの熱硬化性アルミニウム−ケイ素合金を用いる場合は、約１００〜２１０Ｎ／ｍｍ２の範囲の降伏点Ｒｐ０．２及び約８〜２０％の範囲の破断伸びＡ５の上述の値を実現することができる。或いは、アルミニウム−ケイ素合金は、例えば、具体的には、ケイ素含有率が高く、４〜１２％、特に７〜１１％である、ＡｌＳｉＭｎＭｇＦｅタイプのものを用いることができる。
【００２１】
しかし、本発明の範囲内に包含されるように、当然のことながら異なる合金から作られた鋳造部品の場合に本発明による製造方法を使用することもできることに留意されたい。したがって、ダイカストプロセスの場合に使用するのに加えて、具体的には、砂型鋳造又はチル鋳造の場合に本発明の方法を利用することも予期できる。
【００２２】
当然のことながら、鋳造部品は、熱処理中に完全に熱処理する必要はない。当然のことながら、それぞれの鋳造部品を部分的にのみ熱処理して、それに対応して前記部品の特性を変更することも予期できる。例えば温風の流動空気によって異なる領域を異なる温度まで部品を加熱し、次いで、部品を目標温度から開始して異なる温度まで加熱及び冷却し、したがって、異なる領域で異なる材料特性を実現することも予期できる。
【００２３】
鋳造部品を溶体化処理の直後に時効硬化することができる。当然のことながら、例えば自動車の車体組立ての陰極浸漬被覆など、適切な熱の影響を有する対応する後続の処理が行われる場合は、時効硬化を後で行うこともできる。
【００２４】
本発明による方法に関連して説明した上述の利点は、請求項２０によるシステムにも適用する。以下に説明する利点は、請求項１〜１９による方法にも適用する。
【００２５】
請求項２０によるシステムは、具体的には、その温度が、熱処理又は熱処理する鋳造部品の目標温度より非常に高いことを特徴とする。したがって、熱処理を例えば鋳造部品の鋳造プロセスのサイクルタイムに簡単に組み込むことができるようにして、鋳造部品の所望の急速加熱が実現される。
【００２６】
本発明のさらなる実施形態では、例えばロボットの形態である同一の搬送システムによって、鋳造部品が型から取り外されて熱処理装置に搬送されるという点で、製造プロセスはさらに短縮化され単純化される。
【００２７】
したがって、鋳造部品が型から取り外され、中間の保管なしに搬送システムによって熱処理装置に搬送される、特に費用対効果が大きく時間の節約になる製造プロセスが実現される。さらに、このようにして、熱処理を、鋳造部品の比較的高い離型温度から開始することができる。
【００２８】
熱処理装置は、好ましくは、熱処理セクションを備え、その熱処理セクションでは、例えば、約１５０℃の（すなわち部品の残留熱を利用する）温度から、その部品の目標温度である例えば、約４９０℃から５６０℃の温度まで、それぞれの鋳造部品が加熱される。したがって、こうした熱処理セクションは、目標温度までのこうした加熱プロセスが実行される少なくとも１つの熱処理チャンバを備えることができる。すなわち、鋳造部品が目標温度に達した直後に冷却されないが、その代わりに後続の冷却プロセスが行われる前に３分まで保持時間の間は目標温度又は保持温度で維持される場合に、熱処理セクションは、任意選択で、保持チャンバを備えることもできる。
【００２９】
熱処理セクションの前に、熱処理装置は、インプットチャンバを備えることもでき、それにより、熱処理チャンバを開いたときに内部の温度が過度に低下しないようにされる。さらに、熱処理装置は、アウトプットチャンバを備えることもでき、それにより、熱処理セクションとそのアウトプットチャンバとの間の個々のスルースが開くときに、過度の温度低下が避けられる。
【００３０】
本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、図面を参照する以下の実施形態の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ダイカストプロセスで形成され、その後に、熱処理装置の内部、任意で時効炉の内部における熱処理プロセスで処理される、鋳造部品を製造するシステムの概略的且つ比喩的な図である。
【図２】熱処理中の鋳造部品の時間に対する温度曲線の概略図である。
【図３】鋳造部品の熱処理を実行する熱処理装置の概略図である。
【図４】鋳造部品を目標温度まで加熱し、温風の流動空気及び冷風の流動空気によって鋳造部品を目標温度から冷却する、実質的に一つに構築された装置であり、温風の流動空気及び冷風の流動空気を生成する複数のノズルまたは同様のものを備える装置の詳細の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１から、液体の溶湯が、金型として構成された型１２に急速に、それに対応した高圧且つそれに対応した短い時間で注がれるダイカストプロセスで、鋳造部品１０が製造されることが分かる。したがって、型１２は、対応するダイカスト機１４中に保持され、そのダイカスト機１４によって、型１２の２つの半分の型１６、１８が開閉するようになっている。型１２は、鋳造容器２０からの溶湯を鋳造チャンバ２２から供給される。このダイカストプロセスの場合は、例えば、Ｍｇ含有率が例えば０．０４〜０．６重量％、特に０．０８〜０．１８重量％である、ＡｌＳｉ１０ＭｎＭｇタイプの熱硬化性アルミニウム−ケイ素合金が用いられる。したがって、特定の合金では、０．０８重量％、０．１２重量％及び０．１８重量％のＭｇが含有されている。
【００３３】
このタイプのアルミニウムダイカスト合金は、例えばＥＰ０９９７５５０Ｂ１によって開示されており、この開示は、本明細書に明確に含まれる。前記合金のＭｇ含有率は、上述の詳細に従って変更されている。
【００３４】
溶湯が凝固するとすぐに、鋳造部品１０は、型の半分１６、１８が開いて、ロボット２４により鋳抜きピン２３を介して部品が取り外された後に、離型される。したがって、ロボット２４は把持手段２６を備え、その把持手段２６によって、好ましくはスプルーシステムなどのスラグ３２において、鋳造部品１０を受けることができる。したがって、鋳造部品１０のほとんどの領域及び最終的な鋳造物が、ロボット２４又はその把持手段２６によって加えられる保持力によって不必要に変形されないことが保証される。
【００３５】
本実施形態では、鋳造部品１０は、型１２から取り外した後すぐに、以下においてより詳細に説明するとともに図１に単に比喩的に示された、熱処理装置２８に入れられる。
【００３６】
即座の又は迅速な熱処理の結果、鋳造部品１０は、熱処理炉２８中に入れられるときに、まだ、離型温度の約５０〜４００℃、好ましくは１５０〜１８０℃に近い温度である。したがって、鋳造部品１０は、目標温度又は保持温度に達するまで比較的小さい温度差しか加熱する必要がない。
【００３７】
この場合、鋳造部品１０が型から取り外されてすぐに熱処理プロセスを実行する必要はない。その代わりに、鋳造部品が型から取り外されてから１５分の間に、熱処理プロセスを開始することができる。その場合には、熱処理装置２８に組み合わされたバッファ炉で、その間、鋳造部品１０を保管することもできる。離型した後に即座に又は迅速に熱処理が実行されるため、鋳造部品１０は、ロボット２４によって型１２から取り外されて、熱処理装置２８に渡される。したがって、明らかに、ダイカスト機１４及び型１２の近くに熱処理装置２８を配置することが必要である。
【００３８】
熱処理装置２８中に入れられる鋳造部品１０は、温度が既に離型温度に近いので、本明細書で以下により詳細に説明する熱処理プロセスは比較的速く実行することができる。熱処理後に、鋳造部品１０は熱処理装置２８から導き出される。スラグ３２がまだ鋳造部品１０上に存在するので、部品は、前記スラグ３２を介して単純な方式でロボット２４の把持手段２６によって掴まれる。スラグ３２の他の利点は、鋳造部品１０がファン３０によって冷却されるときに、前記部品の安定化に寄与し、それにより歪みが低減されることである。
【００３９】
その場合は、鋳造部品１０は冷却後でもまだ非常に軟らかいので、対応する分離装置３４によるさらなるプロセスステップで単純な方式で、機械加工することができる。分離装置３４で、スラグ３２は鋳造部品１０から取り除かれ、それにより、比較的軟らかい材料であるために大きくは歪まない。さらなるプロセスステップでは、鋳造部品１０の鋳造物を、任意選択で均一にすることができる。鋳造部品１０を、やはりロボット２４の把持手段２６によって、分離装置３４に送ることができる。分離装置３４の内部では、スラグ３２を、鋳造部品１０用のストップ又はテンプレートとして使用することもできる。
【００４０】
分離装置３４内部で機械加工が行われるとすぐに、鋳造部品１０は時効炉３６中に入れられ、その時効炉３６中で鋳造部品１０は、約１５分から１０時間の時効時間の間、例えば１４０〜２４０℃の温度で処理される。やはり任意選択で、鋳造部品１０を、ロボット２４によって分離装置３４から時効炉３６に送ることができる。
【００４１】
線３５で示すように、時効炉３６は、システムの一部を成す必要はないが、その代わりに別個に設けることもできる。さらに、例えば自動車の車体組立ての陰極浸漬被覆など、適切な熱の影響による、対応する後続の処理がある場合は、鋳造部品１０を後で時効硬化させることもできる。陰極浸漬被覆及びそれに関連する時効硬化プロセスを、１５〜３０分間にわたって８０〜２４０℃の範囲、特に１６０〜２２０℃の範囲の温度で実行することができる。
【００４２】
本発明に包含されるように、具体的には、スラグ３２を分離装置３４によって取り除くことができ、時効硬化プロセスを時効炉３６によって、熱処理装置２８中で行う熱処理後の非常に長い時間で実行することができることが留意される。
【００４３】
ロボット２４の代わりに、鋳造部品１０をその型１２から取り外し、その鋳造部品を他のプロセスステップに従って送ることができる人間の作業者を用意できることも、本発明の範囲内で提供される。
【００４４】
図２は、熱処理装置２８中での熱処理中の鋳造部品の、時間に関する温度曲線の概略図である。
【００４５】
したがって、ｙ軸上に鋳造部品の温度Ｔをプロットし、ｘ軸上に時間ｔに関する曲線を示す。
【００４６】
具体的には、目標温度Ｔｓがｙ軸上に与えられ、その温度まで鋳造部品１０を、熱処理中又はこの溶体化処理プロセス中に加熱するものである。この場合には、開始点は開始温度Ｔａであり、その開始温度Ｔａはこの場合は、５０℃から４００℃の範囲の温度である。言い換えると、この場合には、具体的には、（既に説明したように）その部品の残留熱を用いること、及び、型１２から取り外した後に比較的即座に鋳造部品１０の熱処理を開始することが提供される。したがって、鋳造部品１０は、鋳造部品１０を室温から加熱する必要がないように、説明した温度範囲の残留熱を依然として有する。しかし、本発明の範囲に包含されるように、これもやはり任意選択で可能であることに留意されたい。
【００４７】
開始温度Ｔａから開始して、鋳造部品は目標温度ＴＳまで速く加熱され、その目標温度ＴＳは４２０℃から５６０℃の範囲の温度、特に４９０℃から５４０℃の範囲の温度である。この場合には、約２Ｋ／ｓから１２Ｋ／ｓの比較的高い温度勾配、特に４Ｋ／ｓから８Ｋ／ｓの温度勾配がもたらされる。言い換えると、この場合には、鋳造部品１０は１秒あたり数ケルビンで加熱される。この加熱プロセスは、この場合は、５００℃から７５０℃の範囲の温度、特に６００℃から７２０℃の範囲の温度で行われる。言い換えると、例えば熱処理炉又は熱処理チャンバ内の、鋳造部品１０の所望の目標温度ＴＳよりずっと高い温度が選択される。したがって、鋳造部品１０は加速加熱される。熱処理の開始温度ｔａと鋳造部品１０が目標温度ＴＳに達する時点ｔＳとの間の時間は、このようにしてｘ軸上に示される。
【００４８】
したがって、実線は、例えば熱処理装置２８中の温度からなる温度曲線を示し、その温度は少なくともほぼ目標温度ＴＳに対応する。逆に、熱処理装置２８内の温度が目標温度ＴＳよりずっと高く設定される場合は、例えば破線で示す温度曲線Ｈが得られる。これは、目標温度ＴＳにより早く達し、したがって、非常にはっきりしたピークを有するので、実線で示す温度曲線とは異なる。
【００４９】
この熱処理プロセスでは、極端な場合では、対応する温度曲線で示すように、目標温度ＴＳに達したすぐ後で冷却プロセスを開始することが可能である。言い換えると、この場合は、鋳造部品１０は、少なくとも実質上、目標温度ＴＳに維持されないが、その代わりに、やはりその温度に達した後ですぐに冷却される。したがって、鋸歯形の温度曲線が得られる。
【００５０】
図２によるさらなる温度曲線が、熱処理プロセスを示す。その熱処理プロセスでは、目標温度ＴＳに達した後で、且つ冷却前に、鋳造部品１０は、保持時間ｔｈの間目標温度又は保持温度で維持され、その後にのみ冷却される。この保持時間ｔｈは、０分と５分の間、特に０分と３分の間の期間内であってよい。好ましい実施形態では、こうした保持時間は、１２０秒までの範囲、特に９０秒までの範囲内である。さらに特定の実施形態は、６０秒まで、特に３０秒までの保持時間を提供する。明らかに、保持時間が短いほど、以前の鋳造プロセスの鋳造サイクルをより短く維持することができる。
【００５１】
鋳造部品１０はまたそれに対応する負の温度勾配で冷却され、その温度勾配は鋳造部品１０を加熱するときの温度勾配と寸法に関して一致することがやはり図２から理解できる。
【００５２】
この場合には、鋳造部品１０は、２００℃より下の範囲、特に１００℃から１５０℃の範囲の温度Ｔｋまで冷却される。室温まで冷却することも当然可能である。
【００５３】
図３は、鋳造部品１０を製造する、対応するシステムの図１で概略的に示した熱処理装置２８の概略図である。この場合には、熱処理装置２８は、熱処理セクション４０を備え、その熱処理セクション４０は、この場合は、少なくとも１つの対応する加熱チャンバ４２を備える。鋳造部品１０は、前記加熱チャンバ４２中で目標温度ＴＳまで加熱される。鋳造部品１０は、やはり目標温度ＴＳ又は保持温度で特定の保持時間ｔｈの間だけ維持され、これは、任意選択で別個の保持チャンバ４４中で行うことができる。
【００５４】
加熱チャンバ４２は、鋳造部品１０を熱処理セクション４０に入れるときに温度が大幅に下がることを避けるように、インプットチャンバ４６の後に配置することができる。さらに、アウトプットチャンバ４８を、熱処理セクション４０の後に配置することができ、そのチャンバの内部で、例えば鋳造部品１０を冷却することもできる。
【００５５】
本実施形態では、個々のチャンバ４２、４４、４６、４８は、対応するスルース５０によって互いに分離されている。これらのスルース５０は、具体的には熱処理セクション４０のチャンバ４２、４４の１つのスルース５０が開いたときに、温度の下降が比較的小さくなるようにして、それに対応して開閉することができる。
【００５６】
さらに、熱処理装置２８は、流動空気を生成する複数の装置５２、５４、５６を備える。したがって、温風又は熱風の流動空気が熱処理セクション４０の内部に生成される。逆に、冷風が、アウトプットチャンバ４８の内部で生成される。
【００５７】
こうしたタイプの装置５２、５４、５６の詳細の斜視図を図４に示す。鋳造部品１０の加熱に用いられても冷却に用いられても、装置を基本的に同じようにして構成することが可能である。
【００５８】
したがって、この場合は、それぞれの空気流はファン（図示せず）によって実現され、それらの空気流は、供給ライン５８、６０を介してそれぞれの排気ベッド６２、６４まで移動する。互いに反対側に配置され、それらの間で鋳造部品１０がそれぞれ加熱又は冷却される排気ベッド６２、６４は、対応するスタンド６６上に配置され、複数のノズル６８をそれぞれ備え、それらのノズル６８からそれぞれの空気流を放出することができる。温風又は熱風の空気が生成される場合は、ノズル６８の領域にそれぞれのバーナーを設けることができ、それらのバーナーは、それぞれの空気流を加熱する。当然のことながら、他の加熱要素も考えられる。
【００５９】
これらのノズル６８の特殊性は、熱及び強さの点で互いに異なってよい、複数の個別の温風又は熱風の空気流を生成することができるという点にある。
【００６０】
鋳造部品１０を加熱する装置５２、５４の場合は、それぞれの排気ベッド６２、６４上での温風の空気の異なる強さを実現するために、例えば温度及び／又は強さが異なる温風の空気流を用いることも考えられる。鋳造部品１０内部での温度分布が、いくつかの局部の点において等しいか、又は所望の場合は異なるようにして、こうした異なる強度及び／又は温度を、例えば、鋳造部品１０の異なる形状又は厚さに対して調節することができる。これは、例えば、排気断面寸法が異なるノズル６８によって実現することができる。言い換えると、複数のノズル６８による目標とする加熱を、任意選択でいくつかの局部の点において加熱レベルを変更することによって実現することができる。ノズル６８を鋳造部品１０の反対側（この場合は上下）に配置する代わりに、当然のことながら、ノズル６８を鋳造部品１０のより多くの側部又はより少ない側部に配置することが可能である。
【００６１】
逆に、鋳造部品１０を冷却する装置５６の場合は、冷風の流動空気を、それぞれの冷却空気流が、いずれの場合も流量が異なるそれぞれのノズル６８から放出される点で、変更することができる。この場合も、例えば鋳造部品１０をいくつかの局部の点において均一又は一様に冷却するために、鋳造部品１０を均一又は一様に別々に冷却することができる。
【００６２】
時効炉３６を熱処理装置２８に組み込むことも可能である。
【００６３】
したがって、この方法及びこのシステムで、非常に速く実行され、任意選択ですぐに鋳造プロセスが続くことができる熱処理プロセスが可能であることが図２から図４から分かる。こうした急速な熱処理プロセスを、例えばバッファ炉がもはや必要ない有利な方式で、鋳造プロセスのサイクルタイムに適合させることができる。しかし、鋳造プロセスと熱処理プロセスとの間に異なるサイクルタイムがある場合は、例えば、鋳造プロセスのサイクルタイムが熱処理プロセスより短い場合に、任意選択で、円形炉などを用いることができる。
【００６４】
上述の合金に関連して、熱処理プロセスによって、任意選択で、例えば８％から２０％の範囲の高い値の破断伸びＡ５、例えば１００Ｎ／ｍｍ２から２００Ｎ／ｍｍ２の高い値の降伏点を実現することができる。実現することができる機械的特性は、合金に大きく左右される。これらの値をさらに高くすることが可能である。したがって、具体的には、降伏点ＲＰ０．２及び破断伸びＡ５の値の設定は、主に使用されるＭｇ含有率に左右され、鋳造部品１０を加熱及び冷却するときはそれぞれ正及び負の温度勾配に左右される。
【００６５】
本発明の範囲内に包含されるように、流動空気で加熱する代わりに、他の加熱の形も勿論可能であることに留意されたい。具体的には、流動空気の代わりに他の流動ガスを用いることも可能である。
【００６６】
さらに、鋳造部品１０を１つ又は複数のそれに対応する温かい又は高温の或いは低温の要素と接触させることによって、鋳造部品１０を加速した方式で加熱又は冷却することもできる。したがって、例えば、それに対応する冷却用の砂又は水を用いて鋳造部品１０を冷却することも考えられる。このようにして加熱プロセスを実行することも可能である。
【００６７】
この場合には、流動する温風の空気流は、鋳造部品１０の目標温度ＴＳよりかなり温かくなるように設定される。例えば、炉のチャンバ４２内の温度は、目標温度ＴＳより２０℃から４００℃の範囲、特に１００℃から３００℃の範囲だけ高くなるように設定される。したがって、鋳造部品１０を、速く加熱し、任意選択で、加熱チャンバ４２から適切に取り外さなければならず、そのため、目標温度ＴＳは、ドラッグ効果又は慣性効果によって、一時的に超えることがない。
【符号の説明】
【００６８】
１０  鋳造部品
１２  型
１４  ダイカスト機
１６、１８  型の半分
２０  鋳造容器
２４  搬送システム、ロボット
２６  把持手段
２８  熱処理装置、熱処理炉
３２  スラグ
３４  分離装置
３６  時効炉
４０  熱処理セクション
４２  加熱チャンバ
４４  保持チャンバ
４６  インプットチャンバ
４８  アウトプットチャンバ
５０  スルース
５２、５４  加熱装置
５６  冷却装置
５８、６０  供給ライン
６２、６４  排気ベッド
６６  スタンド
６８  ノズル
Ｔａ  開始温度
ＴＳ  目標温度
ｔｈ  保持時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2009279654000001.pdf