Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Giessen von Wellen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Modell zur Durchführung des Verfahrens.
Schlanke, gegossene Wellen werden heute in grossen Stückzahlen hergestellt, insbesondere in der Form von Nockenwellen, die beim Bau von Verbrennungsmotoren benötigt werden. Bei grossen Verbrennungsmotoren werden die Nockenwellen aus Stahl hergestellt, während für Fahrzeugmotoren gegossene Nockenwellen bevorzugt werden.
Die Erfindung betrifft das Gebiet gegossener Wellen, die in grossen Stückzahlen hergestellt werden. Gegossene Nockenwellen sollen preisgünstig sein und trotzdem eine hohe Qualität bezüglich der Verschleissfestigkeit und der Dämpfung aufweisen. Andererseits soll der Bearbeitungsaufwand möglichst klein sein, was soviel bedeutet, dass Materialzugaben angestrebt werden müssen, die nicht über das Mass hinausgehen, welches als Schleifzugabe erforderlich ist. Zum Abgiessen solcher Nockenwellen werden Sandformen hergestellt, wobei zur Erreichung bestimmter Materialeigenschaften an den Lagerpartien und an den Nocken Kokillen oder Schreckschalen eingelegt werden. Gewöhnlich ist die Giessform zweiteilig und die Formtrennung erfolgt in der Längsachse der Nockenwelle.
Dementsprechend ist auch das Modell zweiteilig ausgebildet und die Formhälften werden mit den Modellhälften zusammen mit den Kokillen abgeformt.
Diese Herstellungsart der Giessformen hat sich im wesentlichen bewährt. Allerdings gelingt es hierbei nicht, so kleine Materialzugaben einzuhalten, wie dies im Interesse einer weiteren Verringerung des Arbeitsaufwandes bei der spanenden Endbearbeitung verlangt wird.
Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so weiter auszugestalten, dass die Materialzugaben gegenüber denjenigen nach dem bisherigen Verfahren verringert werden können, dass aber gleichzeitig die beim Abgiessen der Form entstehenden Mängel an der Oberfläche des gegossenen Werkstückes, insbesondere im Bereich der Kokillen ebenfalls verringert oder ganz eliminiert werden.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Zweckmässig werden an den den vorspringenden Partien der Welle entsprechenden vorspringenden Partien des Modells der Welle auf ihren Umfangsflächen Dichtungsmittel angeordnet, mit denen der Spalt zwischen dem Modell und der Kokille geschlossen wird. Dadurch wird erreicht, dass kein Formsand in den Zwischenraum zwischen Kokille und Modell gelangen und anschliessend bei der gegossenen Nockenwelle zu Oberflächen-Fehlern bzw. -Defekten führen kann.
Zweckmässig wird der die Umfangsfläche der vorstehenden Partien bildende Teil der Kokille mit einer waffelförmigen Riffelung versehen. Dadurch wird erreicht, dass die Oberfläche an der vorstehenden Partie verbessert wird, indem die Eisblumenbildung, Kaltschweissstellen und weitere Oberflächendefekte verhindert werden. Zusätzlich kann die Modellteilung für die Kokille auf die Höhe des senkrechten Tangentenpunktes der vorstehenden Partie gelegt werden. Dadurch wird erreicht, dass nicht wie bei der üblichen Formteilung in der Ebene der Längsachse der Welle Materialzugaben entstehen, für deren Entfernung zusätzliche Zerspanungsarbeit aufgewendet werden muss.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einigen Ausführungsformen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Modellplatte mit darauf montiertem Modell einer Nockenwelle und aufgesetzten Kokillen an vorstehenden Partien der Nockenwelle,
Fig. 2 eine schematische räumliche Darstellung eines Kokillenpaketes mit drei Kokillen und
Fig. 3 einen Vertikalschnitt einer zweiteiligen Giessform im Bereich zweier gegenüberliegender Kokillen.
Das in Fig. 1 dargestellte Modell zeigt einen Teil des Modells einer Welle 1 mit vorstehenden Partien 2, 3, 4. Die vorstehenden Partien 2, 3, 4 sind hierbei Kurvenscheiben, die an der fertigen Nockenwelle zur Steuerung von Einlass- und Auslassventilen eines Verbrennungsmotors verwendet werden. Die am Wellenmodell dargestellten vorstehenden Partien 5, 6 sind beispielsweise Lagerpartien, die einen gegenüber dem Grunddurchmesser 7 des Wellenmodells 1 einen grösseren Durchmesser aufweisen und die in der Giessform durch Formsand geformt sind. Die vorstehenden Partien 5, 6 sind Partien mit einem kreisrunden Durchmesser, der jedoch grösser ist als der Grunddurchmesser 7 der Welle des Modells 1, bzw. der Nockenwelle.
Auf den vorstehenden Partien 2, 3, 4 sind Kokillen 8, 9, 10 aus Metall aufgesetzt, die bei der Herstellung der Giessform Teile der Giessform bilden. Die Kokillen 8, 9, 10 können einzelne Kokillen sein, wie dies in Fig. 1 dargestelIt ist, jedoch können Sie auch als Teil eines Kokillenpaketes 12, siehe Fig. 2, ausgebildet sein, bei dem die Kokillen 8, 9, 10 durch einen Steg 14 miteinander verbunden sind.
Zwischen der Innenkontur der Kokillen 8, 9, 10 und der Aussenkontur der vorstehenden Partien 2, 3, 4 muss ein bestimmtes Spiel 15 eingehalten werden, das bei der Kokille 2 vergrössert dargestellt ist. Durch diesen Zwischenraum zwischen der vorstehenden Partie und der Kokille können Sandkörner eindringen, welche anschliessend bei der gegossenen Nockenwelle zu Oberflächen-Fehlern oder -Defekten führen können.
Da es ein wesentliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Materialzugaben zu minimalisieren, stellt sich deshalb als erste Aufgabe die Notwendigkeit, das Entstehen von Oberflächen-Fehlern oder -Defekten an den den als Kurvenscheiben ausgebildeten vorstehenden Partien der Nockenwelle zu verhindern; denn bei der Fertigbearbeitung der gegossenen Nockenwelle soll nach Entfernen der Materialzugabe eine fehlerfreie Oberfläche erhalten werden.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die an den Kurvenscheiben auftretenden Oberflächen-Fehler weitgehend vermieden werden können, wenn im Wellenmodell 1 an den vorstehenden Partien Dichtungsmittel 16 vorgesehen werden, mit denen der durch das Spiel 15 entstehende Zwischenraum zwischen der Aussenkontur der vorstehenden Partien 2, 3, 4 und der Innenkontur der Kokillen 8, 9, 10 geschlossen wird.
Die Dichtungsmittel 16 können hierbei verschieden ausgebildet sein. Sie werden so an den vorstehenden Partien angeordnet, dass höchstens eine kleine, unbedeckte Modellpartie 17 stehenbleibt. Diese unbedeckte Modellpartie soll höchstens etwa 2 mm betragen.
Bei der Kokille 8 sind die Dichtungsmittel zwei O-Ringe 18 aus einem verhältnismässig weichen Elastomer. Bei der Kokille 9 ist das Dichtungsmittel eine Flachdichtung 19, die ebenfalls aus einem verhältnismässig weichen Elastomer hergestellt ist. Bei der Kokille 10 ist das Dichtungsmittel eine Lippendichtung 20. Wie bei der O-Ringdichtung 18 werden zwei solcher Lippendichtungen 20 verwendet, um den Spalt 15 an beiden Enden abzuschliessen.
Nach dem Abformen des Modells werden mit dem Entfernen desselben auch die Dichtungsmittel 16 entfernt.
In Fig. 2 ist dargestellt, dass die Kokillen 8, 9, 10 Teil eines Kokillenpaketes sind, das jedoch nicht auf drei Kokillen beschränkt sein muss, sondern auch weitere Kokillen umfassen kann. Der Vorteil bei der Verwendung eines Kokillenpaketes besteht darin, dass die Handhabung beim Abformen der Giessform erleichtert wird.
In Fig. 3 ist eine weitere Massnahme schematisch dargestellt, mit welcher Materialzugaben vermieden werden können. Das Modell, das für die Herstellung der gewöhnlich zweiteilig ausgebildeten Giessform verwendet wird, wird ebenfalls als zweiteiliges Modell hergestellt, wobei je eine Hälfte auf einer Modellplatte befestigt ist. Als Trennfläche 21 wird gewöhnlich die Ebene durch die Längsachse 22 der Nockenwelle gewählt. In Fig. 3 sind zwei Kokillenhälften 23, 24 für die beiden Giessformhälften dargestellt, die als Form für die Herstellung einer der genannten vorstehenden Partien 2, 3, 4 eingesetzt werden.
Da diese vorstehenden Partien im allgemeinen Kurvenscheiben sind, die eine exzentrische Partie aufweisen, die nicht in der Trennebene 21 liegt, muss die obere Kokillenhälfte 23 an dieser Stelle eine Innenkontur 25 aufweisen, die das Aufsetzen der Kokillenhälfte auf das Modell ermöglicht. Die untere Kokillenhälfte 24 erhält deshalb eine Innenkontur 26. Diese beiden Konturpartien 25, 26 der Innenkontur der Kokille weichen jedoch von der Aussenkontur 27 der Kurvenscheibe ab, so dass hier beim Abgiessen eine verhältnismässig grosse Materialzugabe entsteht.
Diese Materialzugabe kann dadurch vermieden werden, dass die Trennfläche aus der Ebene durch die Längsachse 22 der Nockenwelle parallel soweit verlegt wird, dass diese Trennfläche 28 den Punkt 29 der Kurvenscheibenkontur mit einer senkrechten Tangente schneidet. Auf diese Weise kann die verhältnismässig grosse Materialzugabe, welche durch die beiden Innenkonturpartien 25, 26 der beiden Kokillenhälften 32, 24 entsteht, vermieden werden.
Bei der Verwendung von Kokillen ist es bekannt, dass an der Oberfläche des Gussstückes Fliessfiguren, sogenannte Eisblumenbildung, entstehen können. Ein anderer in der Nähe der Oberfläche von Gussstücken entstehender Fehler stellt eine sogenannte Kaltschweissstelle dar. Die genannten Fehler verlangen deshalb eine bestimmte Mindestzugabe beim Giessen, damit sie bei der nachfolgenden Bearbeitung entfernt werden können. Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung durch entsprechende Massnahmen die Eisblumenbildung und Kaltschweissstellen zu vemeiden.
Es wurde überraschend festgestellt, dass die genannten Oberflächenfehler weitgehend vermieden werden können, wenn der die Umfangsfläche der vorstehenden Partien 2, 3, 4 bildende Teil 31 der Kokille 8, 9, 10 mit einer waffelartigen Riffelung 30 versehen wird, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Durch diese verhältnismässig einfache Lösung gelingt es, eine wesentliche Verminderung der Oberflächenfehler an diesem Teil 31 zu erreichen.
Durch die vorstehend beschriebenen Massnahmen der Abdichtung und Riffelung der Kokilleninnenfläche sowie des an sich bekannten Verlegens der Trennfläche des Modells bzw. der Giessform gelingt es, die im Hinblick auf eine Verkürzung der spanenden Bearbeitung, z.B. des Schleifens, wünschenswerte Verminderung der Materialzugabe zu verwirklichen, ohne dass dadurch Probleme bezüglich der erforderlichen Oberflächenqualität durch Oberflächen-Fehler oder -Defekte entstehen können.
The invention relates to a method for casting waves according to the preamble of claim 1 and a model for performing the method.
Lean, cast shafts are now produced in large numbers, especially in the form of camshafts, which are required for the construction of internal combustion engines. For large internal combustion engines, the camshafts are made of steel, while cast camshafts are preferred for vehicle engines.
The invention relates to the field of cast shafts that are manufactured in large numbers. Cast camshafts should be inexpensive and still have a high quality in terms of wear resistance and damping. On the other hand, the processing effort should be as small as possible, which means that material additions must be sought that do not go beyond what is required as grinding allowance. Sand molds are produced to cast off such camshafts, and molds or shock shells are inserted in the bearing sections and on the cams to achieve certain material properties. The mold is usually in two parts and the mold is separated along the longitudinal axis of the camshaft.
Accordingly, the model is also formed in two parts and the mold halves are molded with the model halves together with the molds.
This way of producing the molds has essentially proven itself. However, it is not possible to keep to the small amounts of material that are required in the interest of further reducing the amount of work involved in machining.
This is where the invention comes in, which is based on the object of further developing a method of the type described at the outset in such a way that the material additions can be reduced compared to those by the previous method, but at the same time the defects on the surface of the cast workpiece which arise when the mold is cast , especially in the mold area, can also be reduced or eliminated entirely.
This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1.
Expediently, sealing means are arranged on the circumferential surfaces of the projecting parts of the model of the shaft corresponding to the projecting parts of the shaft, with which sealing means the gap between the model and the mold is closed. This ensures that no molding sand gets into the space between the mold and the model and can subsequently lead to surface defects or defects in the cast camshaft.
The part of the mold which forms the peripheral surface of the projecting parts is expediently provided with a waffle-shaped corrugation. It is thereby achieved that the surface of the projecting part is improved by preventing the formation of ice flowers, cold welding spots and other surface defects. In addition, the model division for the mold can be placed at the height of the vertical tangent point of the above section. This ensures that material additions do not occur in the plane of the longitudinal axis of the shaft, as is the case with the usual shape division, and additional machining work has to be performed to remove them.
The invention is shown in the drawing in some embodiments and is described below. Show it:
1 is a view, partly in section, of a model plate with a model of a camshaft mounted thereon and molds on protruding parts of the camshaft,
Fig. 2 is a schematic spatial representation of a mold package with three molds and
Fig. 3 is a vertical section of a two-part mold in the area of two opposing molds.
The model shown in Fig. 1 shows part of the model of a shaft 1 with protruding parts 2, 3, 4. The protruding parts 2, 3, 4 are cams, which are on the finished camshaft for controlling the intake and exhaust valves of an internal combustion engine be used. The protruding parts 5, 6 shown on the shaft model are, for example, bearing parts which have a larger diameter than the basic diameter 7 of the shaft model 1 and which are shaped in the casting mold by molding sand. The above sections 5, 6 are sections with a circular diameter, but which is larger than the basic diameter 7 of the shaft of the model 1 or the camshaft.
On the above sections 2, 3, 4, molds 8, 9, 10 made of metal are placed, which form parts of the mold during the production of the casting mold. The molds 8, 9, 10 can be individual molds, as shown in FIG. 1, but they can also be designed as part of a mold package 12, see FIG. 2, in which the molds 8, 9, 10 are formed by a Web 14 are connected to each other.
Between the inner contour of the molds 8, 9, 10 and the outer contour of the above parts 2, 3, 4, a certain play 15 must be maintained, which is shown enlarged in the mold 2. Grains of sand can penetrate through this space between the projecting part and the mold, which can then lead to surface defects or defects in the cast camshaft.
Since it is an essential aim of the present invention to minimize the material additions, the first object is the need to prevent the formation of surface defects or defects on the projecting parts of the camshaft designed as cam disks; because when the cast camshaft is finished, an error-free surface should be obtained after removing the material addition.
It has surprisingly been found that the surface defects occurring on the cam disks can be largely avoided if, in the wave model 1, sealing means 16 are provided on the above parts, with which the gap between the outer contour of the above parts 2 resulting from the play 15, 3, 4 and the inner contour of the mold 8, 9, 10 is closed.
The sealing means 16 can be designed differently. They are arranged on the above sections in such a way that at most one small, uncovered model section 17 remains. This uncovered model section should be at most about 2 mm.
In the mold 8, the sealing means are two O-rings 18 made of a relatively soft elastomer. In the mold 9, the sealant is a flat seal 19, which is also made of a relatively soft elastomer. In the mold 10, the sealant is a lip seal 20. As with the O-ring seal 18, two such lip seals 20 are used to close the gap 15 at both ends.
After the model has been molded, the sealing means 16 are also removed when the model is removed.
FIG. 2 shows that the molds 8, 9, 10 are part of a mold package, which, however, need not be limited to three molds, but can also include further molds. The advantage of using a mold package is that handling when molding the mold is made easier.
A further measure is schematically shown in FIG. 3, with which material additions can be avoided. The model that is used for the production of the mold, which is usually in two parts, is also produced as a two-part model, one half of which is attached to a model plate. The plane through the longitudinal axis 22 of the camshaft is usually chosen as the separating surface 21. In Fig. 3, two mold halves 23, 24 are shown for the two mold halves, which are used as a mold for the manufacture of one of the above-mentioned lots 2, 3, 4.
Since these protruding parts are generally cams, which have an eccentric part that is not in the parting plane 21, the upper mold half 23 must have an inner contour 25 at this point, which enables the mold half to be placed on the model. The lower mold half 24 is therefore given an inner contour 26. However, these two contour parts 25, 26 of the inner contour of the mold deviate from the outer contour 27 of the cam disc, so that a relatively large amount of material is added during casting.
This addition of material can be avoided in that the separating surface is laid out of the plane through the longitudinal axis 22 of the camshaft in parallel to such an extent that this separating surface 28 intersects the point 29 of the cam disc contour with a vertical tangent. In this way, the relatively large amount of material that arises from the two inner contour portions 25, 26 of the two mold halves 32, 24 can be avoided.
When using molds, it is known that flow figures, so-called ice flower formation, can arise on the surface of the casting. Another defect that occurs near the surface of castings is a so-called cold welding point. The defects mentioned therefore require a certain minimum allowance when casting so that they can be removed during subsequent processing. It is therefore an object of the invention to avoid ice flower formation and cold welding spots by taking appropriate measures.
It was surprisingly found that the surface defects mentioned can largely be avoided if the part 31 of the mold 8, 9, 10 which forms the peripheral surface of the projecting parts 2, 3, 4 is provided with a waffle-like corrugation 30, as is shown in FIG. 2 is shown. This relatively simple solution makes it possible to achieve a substantial reduction in the surface defects on this part 31.
The measures described above for sealing and corrugating the inner surface of the mold as well as the known laying of the parting surface of the model or the casting mold make it possible to reduce the amount of machining, e.g. grinding, to achieve a desirable reduction in material addition without causing problems with the required surface quality due to surface defects or defects.