CH662523A5

CH662523A5 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer metallgiessform.

Info

Publication number: CH662523A5
Application number: CH4654/83A
Authority: CH
Inventors: Albert Musschoot
Original assignee: Gen Kinematics Corp
Priority date: 1982-11-12
Filing date: 1983-08-25
Publication date: 1987-10-15
Also published as: DE3329585C2; FR2535988B3; AU567107B2; AU1737683A; IT8368181A0; JPS5987956A; IT1201926B; GB8322322D0; DE3329585A1; GB2130511A; FR2535988A1; CA1220014A; BE898179A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Metallgiessform gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Seit vielen Jahren werden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen eingesetzt, um Metall in eine gewünschte Formgebung nach dem altbekannten Verfahren zu bringen, dass man geschmolzenes Metall in eine Form giesst. Gewöhnlich wird die Form mittels eines Modells gebildet, um das Sand und ein Bindemittel gebracht werden. Die Anordnung des Sandes und des Bindemittels kann in verschiedener Weise erfolgen, und verschiedene Techniken wurden diesbezüglich entwickelt.

Z.B. erfolgt bei einer gegenwärtig in Einsatz befindlichen Giessform-Herstellungsvorrichtung, die unter dem Namen Herman Moldmaster bekannt ist, das Einstampfen eines Formsand und Bindemittel als auch ein Modell enthaltenden Formkastens mittels einer Auflageplatte mit einer Vielzahl von nach unten ragenden Drück- oder Verdichtungsköpfen, die unter der Wirkung eines Fluiddruckes in den Formkasten bewegt werden, um den Sand und das Bindemittel längs des Modells zu verdichten. Sobald die gewünschte Verdichtung erreicht ist, werden die Verdichtungsköpfe zurückgezogen und der Formkasten zu der nächsten Stelle des Giesspro-zesses bewegt. Obgleich eine derartige Maschine sehr wirksam und grundsätzlich brauchbar ist, gibt es verschiedene Modelle die Formgebungen und/oder Konfigurationen haben, die eine vollständige Stampfwirkung aufgrund des Drück- oder Verdichtungsvorganges nicht vollständig erlauben. Dies hat zur Folge, dass nicht gänzlich festgestampfte Formkästen erzeugt werden. Häufig müssen diese Formkästen ausgestossen werden, oder, wenn ein solcher Formkasten für die weitere Verarbeitung verwendet wird, entstehen qualitativ minderwertige Gusstücke. Ferner bedingt das Vorsehen von Druckfluid und die damit verbundenen Betätigungsorgane zum Antreiben der Verdichtungsköpfe eine Vorrichtung mit einem relativ komplizierten und damit teuren Aufbau.

In der US-Patentanmeldung vom 29. September 1982 mit dem Titel «Vibratory Method for Packing Foundry Sand Into a Pattern Prior to the Pouring of Molden Metal», die auf eine frühere US-Patentanmeldung mit der Ser.No. 212 988 zurückgeht, werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, mit denen sich die mit bekannten Verfahren und Vorrichtungen verbundenen Probleme hinsichtlich der Einführung und Verdichtung von Sand und Bindemittel bei ungewöhnlichen Formgebungen an komplizierten Modellen vermeiden lassen und damit die mit nicht vollständig verdichteten Formkästen verbundenen Schwierigkeiten beseitigt sind. Obgleich das in der besagten US-Patentanmel-dung beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zufriedenstellend arbeiten, besteht gelegentlich Bedarf nach einer grösseren Verdichtung als sie mit einem Rüttlersystem alleine erhalten werden kann.

Es wurde daher schon eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Verdichtung des Formsandes um ein in einem Formkasten befindliches Modell mittels sowohl einer Schwingbewegung als auch einer durch Druckfluid ausgelösten Verdichtung bewirkt. Dieses System arbeitet besonders gut für den veranschlagten Zweck, doch vergrössert das Vorsehen der Betätigungsmittel für die Verdichtungsköpfe und einer relativ grossen Druckfluidquelle für die Betätigungsmittel sowohl die Kompliziertheit der Vorrichtung als auch deren Preis.

Ein Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung einer einfachen Vorrichtung zum Herstellen von Giessformen, mit der die Verdichtung des Sandes in einem ein Modell enthaltenen Formkasten über eine schwingende Bewegung und eine nicht schwingende Verdichtungskraft erfolgt, ohne dass dies mit hohen Kosten verbunden ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen und preisgünstigen Verfahrens zum Verdichten von Sand in einem ein Modell enthaltenden Formkasten mittels schwingender Bewegung und nicht schwingender Krafteinwirkung.

Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich aus durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen.

Die Schwingkraft als auch die über die Köpfe wirkende Schwerkraft bewerkstelligen somit den Verdichtungsvorgang. Eine Druckquelle sowie die damit verbundenen Ko-

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sten und von der Druckquelle beaufschlagte Betätigungsorgane sind daher nicht erforderlich.

Die erfmdungsgemässe Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 3 gekennzeichnet.

Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Absenkeinrichtung eine Einrichtung, die die Köpfe zur Bewegung in Richtung auf und weg von der Station hält, wobei die Köpfe relativ zueinander in im wesentlichen vertikaler Richtung beweglich sind, ohne dass auf die Köpfe mit Ausnahme der Schwerkraft eine nach unten gerichtete Kraft einwirkt. Vorzugsweise steht jeder Kopf in Totgangsverbindung mit der Halteeinrichtung. Ein Kraftbestätigungsorgan zum Heben und Absenken der Halteeinrichtung kann ebenfalls vorgesehen sein. Das Kraftbetätigungsorgan, die Halteeinrichtung und die Totgangsverbindungen sind so aufgebaut und ausgebildet, dass sie auf die Köpfe keine nach unten gerichtete Kraft ausüben können.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in Seitenansicht eine Vorrichtung nach der Erfindung mit weggebrochenen Teilen in der anfänglichen Arbeitsstellung,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit Darstellung der Vorrichtung in einer nachfolgenden Arbeitsstellung,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 und 2 mit Darstellung der Vorrichtung in einer weiteren Arbeitsstellung,

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich den vorhergehenden Ansichten mit Darstellung der Vorrichtung in der Arbeitsstellung am Ende des Bearbeitungsvorganges.

Vorrichtung

Eine typische Ausführungsform einer erfindungsgemäs-sen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und umfasst ein Basisteil 10, das auf einer darunterliegenden Fläche 12 z.B. dem Boden oder dgl. angeordnet werden kann. Von dem Basisteil 10 erstreckt sich nach oben ein umgekehrt U-förmiger Rahmen 14.

Innerhalb des Rahmens 14 und oberhalb des Basisteiles 10 ist ein Tisch 16 mit einer oberen Oberfläche 18 angeordnet, die eine Aufnahmestation für einen Formkasten 20 vorsieht. Wie dargestellt, weist der Formkasten 20 ein darin angeordnetes Modell 22 auf, und ist bis zu einer bestimmten Höhe mit einer Mischung aus Formsand und Bindemittel 24 gefüllt.

Obgleich nicht dargestellt, kann der Tisch 16 auch mit einer geeigneten Fördereinrichtung versehen sein, der die Bewegung des Formkastens 20 in Richtung auf und weg von der Station erleichtert.

Der Tisch 16 ist oberhalb des Basisteiles auf einer Reihe von Schraubenfedern 26 befestigt. An der Unterfläche 28 des Tisches 16 ist eine Vielzahl von Elektromotoren 30 angebracht, die jeweils Abtriebswellen 32 aufweisen, an denen exzentrische Gewichte 34 befestigt sind.

Wenn bei der vorgenannten Anordnung die Motoren 30 eingeschalten werden, wird der Tisch 16 und damit der darauf befindliche Formkasten 20 einer vertikalen Schwingkraft in einer Art und Weise unterworfen, wie sie in der eingangs erwähnten US-Patentanmeldung näher beschrieben ist.

Von dem oberen Ende des Rahmens 14 hängt ein Paar doppelt wirkende Fluidzylinder 40 herab. Jeder Zylinder 40 enthält eine ausfahrbare Stange 42, und ein Querelement 44 ist an den beiden Stangen 42 z.B. durch Muttern 46 befestigt, so dass es sich oberhalb und längs der Formkastenaufnahmestation erstreckt.

Das Querelement 44 ist mit ein oder mehreren Reihen von vertikal sich erstreckenden Bohrungen oder Öffnungen 48 versehen, durch die Stangen 50 gleitbar hindurchgehen. Vorzugsweise ist der Sitz relativ eng, so dass eine Bewegung der Stangen 50 innerhalb der Öffnungen 48 grundsätzlich auf die vertikale Richtung beschränkt ist. Mit anderen Worten, die Öffnungen 48 führen die Stangen 50 bei deren Bewegung in vertikaler Richtung.

Das obere Ende von jeder Stange 50 endet an einer Kappe 52 mit grösserem Durchmesser als der Durchmesser der betreffenden Bohrung 48. Die Kappen 52 dienen als Anschläge, um die Abwärtsbewegung der Stangen 50 relativ zu dem Querelement 44 zu begrenzen.

Jede Stange 50 hält an ihrem unteren Ende einen Verdichtungskopf 54. Die Verdichtungsköpfe 54 sind nahe beieinander und dennoch relativ zueinander beweglich angeordnet. Die Bewegung ist Folge des Umstandes, dass die Stangen 50, die Bohrungen 48 und die Anschläge 52 eine freibewegliche Verbindung mit dem Querelement 44 vorsehen. Jeder Verdichtungskopf 54 hat eine untere Oberfläche 56, die auf den im Formkasten enthaltenen Sand 24 zu dessen Verdichtung aufliegen kann. Um eine gleichförmige Verdichtung durch jeden Kopf 54 zu gewährleisten, ist vorzugsweise das Verhältnis des Gewichtes von sämtlichen einzelnen Köpfen und ihren zugehörigen Stangen 50 sowie Kappen 52 zu der Abmessung ihrer Flächen 56 gleich. Im allgemeinen, jedoch nicht immer, bedeutet dies, dass jede Anordnung aus Kopf 54, Stange 50 und Kappe 52 eine identische Masse und Konfiguration hat.

Verfahren

Das erfmdungsgemässe Verfahren umfasst als ersten Schritt das Einsetzen eines Modells in einem Formkasten. Z.B. kann dieser Schritt dadurch erfolgen, dass man ein Modell, wie das Modell 22, in einen Formkasten wie den Formkasten 20 einsetzt.

Der nächste Schritt des Verfahrens betrifft das Füllen des Formkastens mit Formsand und gewöhnlich einem Bindemittel bis zu einer gewünschten Füllstandshöhe. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann dies dadurch erfolgen, dass man den Formkasten 20 mit einer Mischung 24 aus Formsand und Bindemittel bis zu einer Höhe füllt, die deutlich oberhalb des obersten Endes des Modelles 22 liegt.

Der nächste Verfahrensschritt betrifft das Auflegen einer Vielzahl von Gewichten auf die obere Oberfläche des Sandes. Dies kann unter Verwendung der vorbeschriebenen Vorrichtung wie folgt vorgenommen werden. Unter einer geeigneten herkömmlichen Steuerung werden die Zylinder 40 zum Ausfahren ihrer Stangen 42 beaufschlagt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Dies wiederum senkt das Querelement 44 ab, bis die Stangen 42 vollständig ausgefahren sind. Gewöhnlich bringt dieser Vorgang das Querelement 42 auf ein Höhenniveau, das nur etwas oberhalb der oberen Kante des Formkastens 20, jedoch nicht so tiefliegt, dass eine Berührung mit der oberen Oberfläche der Köpfe 54 stattfindet.

Während des Absenkens kommen zu einem gewissen Zeitpunkt die Verdichtungsflächen 56 der verschiedenen Köpfe 54 in Berührung mit der oberen Oberfläche des Sandes, so dass sie auf diesen aufliegen.

Der nächste Verfahrensschritt betrifft das Anlegen einer Schwingbewegung an den Formkasten und seinen Inhalt einschliesslich der Gewichte, ohne dass auf die Gewichte eine nach unten gerichtete Kraft ausser der Schwerkraft einwirkt. Die Schwingbewegung wird durch Einschalten der Motoren 30 gemäss Fig. 3 ausgelöst. Wenn eine im wesentlichen rein vertikale Schwingung erwünscht ist, werden die Motorwellen 32 in entgegengesetzten Richtungen in Drehbewegung versetzt. Wenn umgekehrt eine seitliche Kraft zusammen mit einer vertikalen Kraft gewünscht ist, werden die Motorwellen 32 in die gleiche Richtung gedreht.

Als Ergebnis dieses Schrittes fliesst der Sand 24 in Spalte oder Passagen im Modell 22, auch wenn sie noch so verwik-

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kelt sind. Gleichzeitig wirkt die Schwerkraft ständig auf die Verdichtungsköpfe 54, um diese nach unten zu bewegen. Darüberhinaus bewerkstelligen die Trägheitskräfte, wenn sich der Tisch 16 nach oben bewegt, eine Verdichtung des Gemisches 24 aus Sand und Bindemittel.

Wenn der gewünschte Grad der Verdichtung erreicht ist, können die Motoren 30 ausgeschaltet werden, so dass die Schwingung des Formkastens 20 beendet wird. Die Zylinder 40 können dann gemäss Fig. 4 beaufschlagt werden, um die Stangen 42 einzuziehen. Ab einem gewissen Zeitpunkt gelangt beim Einziehen der Stangen 42 das Querelement 44 gegen die Unterseite der Kappen 52, was nicht notwendigerweise gleichzeitig erfolgen muss, wonach eine weitere Rückzugsbewegung der Stangen 42 die Köpfe 54 weg zu einer Stelle oberhalb der Formkastenaufnahmestation bewegt, wie dies in Fig. 4 zu sehen ist. Danach kann der Formkasten 20 aus der Vorrichtung herausgenommen und zur weiteren Verarbeitung zu irgendeiner gewünschten Stelle bewegt werden.

Es wurde ferner festgestellt, dass während des vorbeschriebenen Verfahrens eine Führung der Köpfe 54 hinsichtlich einer im wesentlichen ausschliesslichen Vertikalbewegung während wenigstens eines Teiles des Schwingbewe-gungsschrittes stattfindet. Dieser Schritt erfolgt bei der vorgenannten Vorrichtung durch die Beziehung zwischen den Bohrungen 48 und den Stangen 50 und gewährleistet eine gleichförmige Verdichtung des Gemisches 24 aus Sand und Bindemittel im Formkasten 20. Ferner wurde festgestellt, dass ausser der Schwerkraft zu keinem Zeitpunkt eine nach unten gerichtete Kraft auf die Köpfe 54 einwirkt. Die Schwerkraft wird daher ausgenutzt, um die Köpfe 54 nach unten zu drücken, ohne dass hierfür irgendwelche Betätigungsmittel und eine Energiequelle erforderüch sind. Folglich ist die Vorrichtung erheblich einfacher als bekannte Vorrichtungen und kann mit wesentlich geringerem Kostenaufwand gebaut werden. Dennoch werden die Vorteüe aus einer kombinierten schwingenden und nicht schwingenden Verdichtung des Sand/Bindemittelgemisches 24 erhalten.

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1 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen einer Metallgiessform, gekennzeichnet durch Einsetzen eines Modells in einen Formkasten (20), Füllen des Formkastens (20) mit Sand, Auflegen einer Anzahl Verdichtungsköpfe (54) auf die obere Fläche des Sandes, und Vibrieren des Formkastens (20) mitsamt seinem Inhalt einschliesslich der Verdichtungsköpfe (54), ohne eine zusätzlich zur Schwerkraft nach unten wirkende Kraft auf die Verdichtungsköpfe (54).
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch Führen der Verdichtungsköpfe während wenigstens eines Teils der Schwingbewegung in vertikaler Richtung.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein Basisteil (10, 16) mit Mitteln (18) als Tisch für einen Formkasten (20),

Mittel (32,34) auf dem Basisteil (10,16) zur Vibration des Formkastens (20) auf dem Tisch (18) wenigstens in vertikaler Richtung,

eine Anzahl vertikal bewegliche Verdichtungsköpfe (54), und

Mittel (40—52) zur Bewegung der Verdichtungsköpfe (54) in den Formkasten (20) hinein und aus diesem heraus und ferner zur Bewegung der Verdichtungsköpfe relativ zueinander in vertikaler Richtung ohne eine andere auf die Verdichtungsköpfe (54) nach unten wirkende Antriebskraft als die Schwerkraft.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (40 — 52) zur Bewegung der Verdichtungsköpfe (54) eine Gleitverbindung für jeden Verdichtungskopf (54) umfasst.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, gekennzeichnet durch Antriebsmittel (40) zum Anheben und Absenken der Mittel (40 — 52) zur Bewegung der Verdichtungsköpfe (54), und dass die genannten Mittel (40—52) und die Gleitverbindungen derart ausgebildet sind, dass durch sie keine nach unten wirkende Kraft auf die Verdichtungsköpfe (54) ausgeübt wird, wenn sich dieselben über dem Formkasten (20) befinden und dieselben in diesen hinein- und aus diesem herausbewegen.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gleitverbindung (50) einen Anschlag (52) zur Begrenzung der Abwärtsbewegung je eines Verdichtungskopfes (54) relativ zu den Mitteln (40 — 52) zur Bewegung der Verdichtungsköpfe (54), umfasst.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (40—52) zur Bewegung der Verdichtungsköpfe (54) dazu eingerichtet sind, die Verdichtungsköpfe (54) aus dem Formkasten (20) herauszuheben.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel (44) zur Führung der Verdichtungsköpfe in vertikaler Richtung.