CN110248747A - 用于制造模具和型芯的方法和制模或制芯工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速制造针对铸造用途的模具(2)和型件(2')的方法，该方法借助在选择芯盒材料时借助根据由模塑材料和含水的粘合剂组成的混合物(9)调整比电阻来实现，所述粘合剂以溶解形式构成电解液并且具有足够的导电性能。在此根据本发明，在不导电的壳体(3)中引入至少一个由导电的材料(7)制成的用于容纳所述混合物(9)的工具部件，其中，导电的材料(7)的电导率在工作温度下至少几乎相当于混合物(9)在100℃至130℃的温度下的电导率，因此通过布置在壳体(3)中/上的电极(10)将电能和由此将热量输入工具部件(7)(电阻加热原理)，该热量导致混合物(9)的固化。根据砂芯的不同能够以高达30％的幅度实现更快的周期时间。
Description
本发明涉及一种用于制造针对铸造用途的模具和型芯的方法，所述方法利用电流、借助根据由模塑材料和含水的无机粘合剂组成的混合物调整芯盒材料的比电阻(或称为电阻率)来实现，所述无机粘合剂以溶解形式构成电解液并且具有足够的导电性能。此外，本发明还涉及一种用于制造模具和型芯的制模或制芯工具。
由文献WO 2003/013761 A1已知一种类型的方法，其中，硫酸镁作为无机粘合剂使用，所述无机粘合剂分散在水中和/或随后与铸砂混合。随后将由模塑材料、也即例如铸砂和含水的粘合剂组成的混合物导入制模和制芯工具中并且该处通过加热固化。利用无机粘合剂应该避免了在混合物固化时环境有害气体的外泄。该申请在此部分地基于1974年的专利申请DE 24 35 886 A1借助“电流的导通”来使砂芯固化。
在所述公开文献WO2003/013761 A1中记载了借助电力提供为固化所需的能量。电力在此通过两个或多个电极被加载在“可分离的制模或制芯工具的至少部分导电的、相互绝缘的部件”上。所述申请并不考虑制芯工具的比电阻性质与砂-粘合剂混合物的比电阻性质之间的差异。使用的是“可分离的制模或制芯工具的相互绝缘的部件”。
由文献DE 37 35 751 A1已知一种用于由可固化的铸造用砂来制造铸模和芯盒的透气的制模工具，其中，所述工具由异质多孔式构建的、开孔型材料制成，并且其中，制模工具的壁具有邻接在铸造用砂上的细孔式的第一层区域(其厚度为0.2-2mm，是理论材料密度的75-95％并且孔径＜50μm)，在所述第一层区域上材料接合地邻接有坚固的、呈大孔式支撑骨架形式的第二区域(其小于理论材料密度的80％并且平均孔径＜100μm)。
由文献DE 24 35 886 A1已知一种通过将由凝聚体和粘合剂组成的混合物导入型箱或芯盒中并且加热所述混合物来制造铸造用模或铸造用芯的方法，其中，借助电流导通经过混合物来实现加热。
由文献EP 3 103 562 A1已知一种模板，所述模板具有框架状或盒装、优选向下略微收窄地构造的设计方式，其带有环绕的壁件和在盒状设计方式中还带有底部。
用于无机方法的制模或制芯工具尤其由金属、例如钢或铝制成。
上述申请的弊端在于，制模或制芯工具的部件之间的绝缘层是必需的，所述绝缘层应避免在加载电压时的短路，并且由此应实现经过砂-粘合剂混合物的电流流通。
所述技术的其他弊端即使使用绝缘层也仍存在。电流始终寻求最小电阻的路径来平衡电势。
金属的制芯工具具有例如2x10-7欧姆米(钢)的阻抗(即电阻)范围，其中，砂-粘合剂混合物处于101至102欧姆米的范围。由于在芯盒上的阻抗明显低于在砂粘合剂-混合物中的阻抗，电流在芯盒内部流至接触面，随后在较短路径上导通经过砂粘合剂-混合物。这导致的是，在砂芯的较厚的部件上几乎没有电流导通，并且由此未完成足够的受热。由此不能实现混合物的均匀固化。
如果将这种仅部分固化的型芯从制模或制芯工具中取出，可能会造成型芯的损伤或者导致在稍后应用于铸造工具时的损伤。另一弊端基于同样的理由，即电流始终寻求最低电阻的路径。因此在由不导电材料和两个对置的电极制成芯盒的情况下，这种方法就只能在具有相同砂芯厚度的几何形状中有效。例如圆柱或立方体的情况。由此，该方法仅能应用于简单几何设计的形状。
在借助热传导固化的情况下可观察到其他弊端。因为砂-粘合剂混合物通常表现为相当差的热导体，在从加热的芯盒热传导时导致在砂芯的外边缘上形成壳，因为所述壳比砂芯内部更早固化。出于经济原因，在此并不始终确保在取出前的完全固化，因此砂芯可能轻微碎裂。
由于上述成壳的效应会造成其他弊端。因为鉴于成壳砂芯的内部尚未完全固化，这导致限制了利用上述方法所能制造的最大砂芯厚度。砂芯的最大厚度在此取决于受热的持续时长以及砂芯的自重。如果受热不足，则砂芯的外部壳即使完全固化也不能完全承担重量，并且由此会导致砂芯的碎裂。
因此，本发明所要解决的技术问题在于，为该类型的方法提供一种改进的或至少备选的实施方式，其尤其克服由现有技术已知的弊端。
所述技术问题根据本发明通过独立权利要求的技术方案解决。有利的实施方式是从属权利要求的主题。
本发明涉及一种共同的构思，在选择可分离的制模或制芯工具的材料时应考虑电导率(或称为比电导率或单位电导率)，从而在理想的工作温度期间使所述材料的导电性几乎相当于(砂-粘合剂)混合物的导电性。制模或制芯工具(型腔)的电导率也就通过所使用的砂-粘合剂混合物确定。
由此可以实现特殊的效果，即，导入材料中的电流在该材料中和在混合物中普遍具有几乎相同的导电性，并且由此不会寻求严重更短的、尤其缩短的经过混合物的路径，由此可以实现电流均匀地导通经过混合物并且由此能够实现对混合物的均匀加热和进而均匀的固化，并且与型芯的各自形状或设计无关。
通常，在根据本发明的方法中，导电材料首先牢固地置入到制模或制芯工具的壳体中，并且在该处容纳上述由模塑材料、例如由砂(铸造用砂)和含水的粘合剂组成的混合物，所述含水的粘合剂以溶解形式构成电解液并且具有足够的导电性。
本发明还涉及一种共同的构思，提供一种由模塑材料和含水的粘合剂组成的混合物来制造模具或型芯、例如铸造型芯的制模或制芯工具，所述含水的粘合剂以溶解形式构成电解液并且具有足够的导电性，其中，根据本发明的制模或制芯工具具有由至少两个部件组成的、不导电的壳体。此外，所述制模或制芯工具还具有至少两个电极，其中，分别将各一个电极布置在壳体的一个部件中。稍后通过两个平行的电极将电能引入材料中并且通过该材料引入混合物中，由此使混合物被加热并且由此固化。
对于上述方法来说，导电材料和芯盒的电极的直接接触是必要的。由此可以省去在芯盒部件之间的绝缘层。
针对砂芯制造的每个循环都进行混合物的引入，其中，导电材料在制模或制芯工具的每次制造中被一次性引入。所述材料由此构成稍后应在制模或制芯工具中制备的砂芯或模具的阴型轮廓。在混合物嵌入材料中之后，随后通过布置在制模或制芯工具的壳体中/上的电极将电能和由此将热量输入材料中，该热量导致混合物的固化。
如前述专利申请所述，壳体仅是用于容纳可传导材料的容器，而不一定是导电的，因为否则的话电流就会仅经由壳体导引，而不会导引经过材料和混合物。壳体可以由塑料制成并且提供的优点在于，壳体相对较轻并且由此易于操纵。作为备选，还可以使用绝缘陶瓷或其他不导电材料。
壳体的部件在此通过一个或多个分界面相互连接，其中，电极优选可以相互平行地布置或甚至可以嵌入壳体的一个部件中。
在另一种有利的实施方式中规定了用于控制/调节电极上的电压的装置。借助该类型的装置可以调节、例如提高施加在电极上的电压，从而能实现用于固化过程的较短的周期时间。而较短的周期时间又能实现模具或型芯的更为经济低廉的制备。对功率/电压的调节可以借助换向器/功率控制器完成或通过接入不同的电压完成。作为备选，所述方法也可以借助恒定施加的电压运行。
如在文献DE 24 35 886 A1中所述，电能可以以交流电或直流电的形式输入所述材料和砂-粘合剂混合物(掺和物)中。交流电是普遍存在的，并且可以几乎任意调节。
此外，在材料中、电极中以及在壳体中设置了排气狭缝(喷嘴)，以便实现气体或者说水蒸汽的逸出。在固化时所形成的气体或水蒸汽可以如在现有方法中那样借助芯头(喷嘴)从砂芯(型芯)和材料、电极和壳体中通过穿孔导出。作为备选，所述材料也可以是多孔式的并且由此实现气体或水蒸汽的逸出。
此外，在材料中设置了用于不导电的顶料栓(Ausstossbolzen)的穿孔，所述顶料栓用于(砂)芯的取出。顶料栓允许砂芯在混合物固化和壳体部件彼此分离后取出。所述顶料栓在此应由不导电的材料制成，以便避免短路。必要的顶料栓在为此设置的顶料穿孔中与工具的底板固定。
作为备选也可以使用导电的顶料栓，只要在结构技术上确保在电流接通期间该顶料栓不具有与传导电流的材料的接触即可。
通过根据本发明的技术方案，在工作温度下所述材料的电导率至少几乎相当于混合物的电导率，由此可以实现电流或电压经过所述材料和经过所述混合物的均匀且尤其同样的导通，从而使混合物均匀受热并且由此能够高品质地固化。
为理想地选择用于所述方法的导电材料需要多个步骤。每种粘合剂都具有理想的工作温度，所述理想的工作温度确保最佳的固化。在经测试的粘合剂中，理想的工作温度约为150-180℃，并且与制造商规定以及可能使用的粘合剂添加剂相关。迄今由现有技术已知的方法中始终必须面临的风险在于，混合物鉴于不同的内电阻、例如由不同砂芯厚度导致的不同的内电阻而具有局部不同的固化度，与其相比，利用根据本发明的方法首次实现了混合物的同样的、也即均匀且此外过程可靠的固化，由此模具或铸造型芯能够与其几何结构无关地以特别高的品质被制造。此外，利用根据本发明的方法避免了在型芯表面或模具表面上成壳的风险，在借助自外部(例如油浴加热)的热量固化时可能会出现这种情况。
由此，利用根据本发明的制模或制芯工具，通过根据砂-粘合剂混合物调整型箱或芯盒的电导率，首次实现了模具或型芯的过程可靠的制备。这允许电能的均匀的导通和由此均匀的加热和进而均匀的固化。这是迄今鉴于上述弊端所无法实现的。
通过根据砂-粘合剂混合物调整所述材料的电阻，还能够对于每个型芯部件借助一个电极经济地制造更大且更复杂的砂芯，因为在任何点处都不会由于通过不同轮廓造成的砂芯厚度导致明显的电阻差异。
此外，通过根据砂芯厚度调整比电阻，还可以根据不高于1000V的低电压的指导来作业。由此，所述方法不仅具有对于工作人员更高的安全性，而且更为成本低廉。然而原则上如上述专利中那样的更高电压也是可行的。在此适用的是，砂芯越厚，应使用越高的电压。
在不需借助外部的加热设备、例如油浴加热或水蒸汽的情况下，通过砂芯以及材料的直接受热，提高了方法的效率，并且受益于在型芯的整个表面上的均匀的热量输入而形成了较短的受热阶段和由此较短的周期时间。
其他的优点在于，不需要外部的加热设备。这不仅如上所述提高了方法的效率，而且还降低了用于可能的外部加热设备的购置和维护费用。此外，这还实现了设置场地需求较低的设备，从而能够趋于在相同的面积上安置更多的设备。
对于制芯工具得到了其他优点。需用热能以便进行固化的现有系统要求来自热源的热量尽可能近地输入至芯盒中的砂芯上。这部分地通过在底板或芯盒内部复杂的加热穿孔解决。该作业步骤可以完全省去，这是因为热量直接形成在需要热量的位置：在砂芯和芯盒中。
其他优点来自材料、例如碳化硅陶瓷的使用，所述材料与现有的制芯工具材料、例如钢或铝相比是极硬的材料(莫氏硬度9.5)，并且由此鉴于较小的磨损而延长了芯盒的使用寿命。
在此根据本发明的方法总体上用于制造针对铸造用途的模具或型芯，该方法借助根据由至少一种模塑材料、例如铸造用砂和至少一种含水的、无机的、可热固化的粘合剂组成的混合物的比电阻调整工具部件(Werkzeugeinsatz)的材料的比电阻来实现，所述粘合剂具有至少5·10-3S/m的足够的电导率。
在此
-其中，在不导电的壳体中引入至少一个由导电的材料制成的用于容纳混合物的工具部件(或称为工具插入件)，其中，所述材料在150至180℃的工作温度下的电导率至少几乎相当于混合物在约100℃至130℃的温度下的电导率，
-通过平行布置在壳体中/上的且必要时整面的电极将电能和由此将热量输入工具部件，该热量导致混合物的固化，
-所述壳体由至少两个壳体件组成，所述壳体件在制模或制芯的周期过程开始和结束时合并或彼此分开，并且在合并时构成不具有绝缘式中间层的直接的接触面，
-在工具中、至少一个电极以及壳体的至少一个部件中存在用于顶料栓的必要的穿孔，以便砂芯的取出，
-为使水蒸汽或气体逸出，无论工具还是电极以及壳体的至少一个部件都多孔式地实施和/或存在排气狭缝，
-一个或多个模具或型芯在混合物固化和壳体件彼此分开之后借助顶料栓从工具中挤出并且取出。
本发明的其他重要的技术特征和优点由从属权利要求、附图和相应的根据附图的附图说明给出。
应理解的是，以上和以下将要阐述的技术特征不仅能以分别给出的组合方式而且能以其他组合方式或以单独形式使用，只要不离开本发明的保护范围即可。
本发明的优选实施例在附图中示出并且在以下描述中详细阐述，其中，相同的附图标记指代相同或类似或功能相同的部件。
分别示意性地由
图1示出穿过本发明的制模或制芯工具得到的剖视图，
图2示出阶段曲线，其中定性地展示出在型芯或模具中引入的电功率和相应的电阻，
图3示出借助现有的电学方法加热的图示，其中并没有根据砂-粘合剂混合物(掺和物)调整(芯盒)材料的比电阻，
图4示出可能的芯盒实施方式的视图，
图5示出所述材料与绝缘的壳体和底板的固定，
图6示出排气和顶料孔的俯视图(图6a))、正视图(图6b))和侧视图(图6c))。
根据图1，根据本发明的用于制造针对铸造用途的模具2或型芯2’的制模和制芯工具1具有相对于机器电绝缘的壳体3，所述壳体由两个部件4、5组成，所述部件通过分界面6相互连接。壳体3固定在底板12上。所述壳体3在此由塑料、绝缘陶瓷或其他不导电的材料构造，并且容纳导电的材料7。所述材料7构成用于容纳混合物9的模具，由所述混合物在固化后构成型芯2’或模具2。所述材料7例如是陶瓷材料。根据本发明，在此混合物9的电导率和材料7的电导率是至少几乎大小相同的，例如区别不大于图2的阶段2，因此在材料7和混合物9中存在基本上相同的电导率和相同的比电阻。根据本发明的制模或制芯工具2此外还具有至少两个电极10，所述电极相互平行地布置。设置了用于调节或控制给电极10供应的电压的装置8。
根据本发明，在图2的阶段2中型芯2’或模具2的材料7的电导率几乎相当于混合物9的电导率，由此实现了将电能相对均匀地导通经过混合物9。
在此，利用根据本发明的制模或制芯工具1能够以最高品质水平制造模具2或型芯2’或者说铸造型芯2’，这是因为鉴于为模具2或型芯2’所使用的混合物9和材料7的电导率至少几乎相同而能够实现使电流均匀地导通经过材料7和混合物9并且由此使混合物9均匀地受热和固化，并且与模具2或型芯2’的相应的几何尺寸无关。
在此模具2或型芯2’的制备如下进行：首先在最初构造时在上述材料选择之后，将导电的材料7导入制模或制芯工具1的壳体3中，并且构成用于构造后来的模具2或构造后来的型芯2’的混合物9的阴模。随后，通过电极10将电能和由此将热量导入材料7，所述电能和热能导致混合物9的固化。混合物9的固化在此尤其通过水从混合物9中的蒸发实现，其中，混合物9例如可以含有无机的粘合剂、水和铸造用砂。
加入混合物9(砂-粘合剂混合物)中的无机粘合剂在此可以是溶于水的，然而至少是含水的并且在所有情况下都是导电的。利用根据本发明的方法和利用根据本发明的制模和制芯工具1能够提供特别均匀地加热的且尤其特别均匀地固化的且由此均质的铸造型芯或者说型芯2’，并且这与型芯2’或模具2的相应的几何尺寸无关，原因是鉴于用于型芯2’的混合物9和材料7的优选相同的电导率，电流不会寻求较短的路径，如同迄今由现有技术已知的制模或制芯工具的情况那样。也就是说这迄今已经导致，由于受型芯2’或模具2的几何尺寸所导致的电气路径而使得型芯和模具迄今在某些情况下不能均匀地固化，由此一些区域具备完全的固化，而一些区域仅部分或甚至没有固化，由此迄今利用现有的制模或制芯工具制造的模具或型芯的品质通常是不令人满意的。
通过所述装置8能够尤其提高或降低电压，由此能够控制用于制造模具2或型芯2’的周期时间。
工具12的底板容纳壳体3或者说部件4、5以及材料7，并且绝缘螺栓13和托架(Winkel)14负责进行固定。绝缘螺栓13在此能够被快速固紧系统替换，以便实现更简单且更快速的拆除。所述材料“浮动”在电极10上，并且电极10通过定向螺栓15保持在其位置上。
以下附上表1以便于进一步理解。表1在此示出具有不同砂-粘合剂混合物9的多个测量系列。在此认识到，所述电导率在此取决于所期望的砂-粘合剂混合物9，并且可以通过改变添加剂和/或改变百分含量来影响。在砂-粘合剂混合物9中的导电份额越高，砂-粘合剂混合物9中的比电阻越低。
表1：砂-粘合剂混合物测量系列。
因此以下所述的方法被用于测量所期望的砂-粘合剂混合物9的特定电性质。然而即使尚未定义(砂-粘合剂)混合物9时也可以使用该方法。在此情况下，可以尝试例如借助添加剂的改变有目的地影响砂-粘合剂混合物9的特定电性质，以便改进所述方法的效率。
为理想地选择用于所述方法的导电材料需要多个步骤。每种粘合剂都具有理想的工作温度，所述理想的工作温度确保最佳的固化。在经测试的粘合剂中，理想的工作温度建议约为150-180℃，并且与制造商规定以及可能使用的粘合剂添加剂相关。首先，必须根据温度确定期望的无机的砂-粘合剂混合物9的比电阻曲线。在表1中示例性示出针对基于无机粘合剂和粘合剂变化的砂-粘合剂混合物的所选择的电阻-温度值。在此，同样试验了不同的水玻璃份额以及石墨添加剂。如下确定曲线：
首先必须建立对比样品体。样品体由两个相互对置的金属电极以及介于电极之间的绝缘管组成。必须确定绝缘管内部的主体的几何设计(电极的面积和距离)。空腔被新鲜未处理的、未固化的砂-粘合剂混合物9填充。砂-粘合剂混合物9必须相当于稍后在生产过程中使用的混合物9。混合物9必须根据实际的应用条件压实。在电极上连接有用于电压、电流和温度的测量设备。通过馈电装置在电极上施加恒定的电压。通过施加的电压除以测得的电流得到计算出的电阻。
与温度相关的比电阻的计算在此如下进行：
Rho＝R*A/I
其中，
Rho：混合物的比电阻
R：在样品的电阻升高之前的电阻
A：混合物的电极面积
I：样品的厚度。
由此针对每个砂-粘合剂混合物9得到与温度相关的电阻曲线。
所有测得的电阻曲线在此具有以下如图2所表征的形状。
在图2中示出任一无机的砂-粘合剂混合物的被导电加热的混合物9的电阻和施加的电功率的典型曲线。在接入电压后电阻在最短时间内明显降低(阶段1：电容负载)。随后开始在曲线走向中电阻缓慢下降的阶段2(载流子增加)。在此时间内，由样品消耗的功率持续增加，直至载流子通过所达到的温度而蒸发。电阻此时极迅速地升高(阶段3)。对于为稍后的模具选择陶瓷材料的比电阻(Rho)来说，在样品的电阻在阶段3中升高之前的时刻是最理想的，因为在此可以施加最大功率(临近阶段2结束)。这在图2中以11表示。
此外，也可以考虑由计算在阶段2内的数值得出的比电阻。
经测试的混合物9的比电阻在受热过程中改变。比电阻在低于100℃时约为85欧姆米，并且当继续加热在高于130℃时低于25欧姆米。比电阻随着进一步的加热而突跃式增加。然而在此存在将水从砂-粘合剂混合物9内的粘合剂中去除所需的能量，这导致固化。
在根据本发明的技术方案的另一种有利的实施方式中，无机的粘合剂可以被其他粘合剂种类替换，只要其具有导电性并且需要热量来固化以及具有其他所要求的性质即可。
为了最佳地选择用于该方法的导电材料，在测定砂-粘合剂混合物9的温度-电阻曲线之后能够基于所需的比电阻来确定材料7。
基于砂-粘合剂混合物9的比电阻，必须借助测量系列确定材料成分，所述材料成分在确定的温度下具有合适的比电阻。所述确定的温度在此是指粘合剂为最佳地固化所需的温度。
在我们的试验中，经测试的粘合剂需要约为150℃至约180℃的温度来固化。理想电阻周围的范围在此已经借助温度-电阻曲线(如上所示)确定为约25欧姆米。因此，经测试的粘合剂混合物9需要在150-180℃下具有约25欧姆米的比电阻的材料7。
原则上材料7的比电阻与用于砂-粘合剂混合物9的理想的比电阻相同。如果在实施中材料7的比电阻应高于砂-粘合剂混合物9的比电阻，则这趋于导致从型芯2的中心朝芯盒材料7的方向加热，因为在此电流寻找较低电阻的路径。如果在实施中材料7的比电阻应低于砂-粘合剂混合物9的比电阻，则趋于从芯盒材料7朝砂芯中心的方向进行加热。
材料7的温度-电阻曲线的走向同样应与砂-粘合剂混合物9的温度-电阻曲线相近。这两个曲线的偏差越小，则该方法越高效。
用于确定材料的测量系列在此可以如下实施：
原材料、例如碳化硅以较小样品板的形式制造。该材料样品则夹紧在两个电极之间的设备中，从而使电极具有与样品板的直接接触。随后针对该样品材料确定温度-电阻曲线。如果样品材料的比电阻与砂-粘合剂混合物9的理想的比电阻之间的偏差过大，必须对材料成分进行调整。在已经实施的测试中，陶瓷混合物中石墨份额变化的碳化硅成分被证明是有利的。然而原则上，影响比电阻的其他材料成分或材料添加剂也是可行的。石墨份额在此结合在陶瓷中并且由此不对后续的铸造工艺产生影响。
这些测试必须不断重复，直至找到具有所期望的比电阻的合适的材料成分为止。
此外，所选择的材料7还必须满足在铸造领域中其他的物理性质。例如在此提到的断裂强度、表面粗糙度、热膨胀和导热性。
例如为其他测试所选择的陶瓷在达到所要求的约为180℃的工作温度时对于上述砂-粘合剂混合物9具有约为30欧姆米的比电阻。
随后必须确定该材料7的最大短时负载，在所述最大短时负载下尚且不会造成对材料7的永久损伤。所述最大短时负载在以下对于电控制装置发挥重要作用。这通过负载测试确定，并且在超过最大短时负载时会导致在材料7上的开裂。
在根据本发明的技术方案的其他有利的实施方式中，可以将以上和以下所提到的材料7替换为其他材料，只要其他材料是导电的并且比电阻的调整与所选择的混合物相对应而且也满足铸造运行中的其他要求即可。
反复提到的概念“调整”表示以上所述的用于根据砂-粘合剂混合物9的特定电性质选择合适的材料7的步骤。在按照上述方法成功选择(调整)了合适的材料7并且根据砂-粘合剂混合物9调整之后，可以制备芯盒的结构，以便使用该方法。关键的工作步骤在此是材料7的制备。在示例性提到的碳化硅陶瓷中，陶瓷按照通常的陶瓷制备方法通过多个制造步骤制备。尤其是烧结之后的精加工由于极硬的材料(莫氏硬度约9.5)而需要最大的精力。精加工完成得越准确，利用该方法生产的砂芯2的稍后的容差就越小。
一旦材料7的精加工成功结束，就可以进行在芯盒中的固定。材料7在轮廓表面的对置侧上需要与各个电极的直接的接触面。在此通过试验推荐的是，所述接触面同样应被打磨，以便实现在电极10与材料7之间极好的接触。这实现了符合期望的效果，将接触电阻在此保持较低。
如图4所示，电极10在此应浮动地贴放在材料件的背侧上。这是必要的，因为电极10的材料通常具有比芯盒材料更高的热膨胀。为此可以在该材料的背侧中固定两个销钉，所述销钉在生产过程期间使电极10保持定位。
通过电极10的平行布置，可以实现将电能相对均匀地导通经过材料7和混合物9，由此又带来均匀加热和均匀固化方面的优点。可能的实施方式还规定了将电极10引入到材料7中。在此情况下就不需要用于定向的销钉了。电极10以及材料7则借助凹陷容纳在绝缘材料中。
多层式平面的固定在此可以借助工具的底板12中的锚固完成。为固定可以使用具有螺纹连接15的托架14，如图5示例性所示。为了实现各个材料的快速更换，还可以在此使用快速关闭系统来代替螺栓。
固定螺栓15在此应该由不导电的材料制成，以便避免将电流导引至壳体3。此外，在材料7中、电极10中以及在壳体3中设置了排气狭缝17(喷嘴)，以便实现气体或者说水蒸汽的逸出。在固化时所形成的气体或水蒸汽可以如在现有方法中那样借助芯头(喷嘴)从砂芯2”(型芯)和材料7、电极10和壳体3中通过穿孔17导出。作为备选，所述材料也可以是多孔式的并且由此实现气体或水蒸汽的逸出。
电极10需要馈电装置，所述馈电装置与外部开关柜相连并且由此实现电控制装置8。电控制装置8必须根据芯盒以及方法被调整。电控制装置8在此承担借助馈电装置和电极10为芯盒充分供给电能的任务。在新的设备中必须相应地一并规划电控制装置8(装置8)。在为新的方法改造既有的设备的情况下，有时可以改造和调整既有的开关设备。重要的在于，通过电极10实现向材料7中的能量输入。在此可以考虑交流电或直流电。
对馈电装置的控制必须考虑所选择的材料7的短时负载以及材料7和砂-粘合剂混合物9的电阻-温度曲线。电控制装置8应选择为，借助高电压实现尽可能高的功率输入，然而绝不超过最大短时负载极限，以便避免在材料7上造成损伤并且由此确保经济合算的方法。向砂-粘合剂混合物9中的功率输入和由此带来的放出热量与比电阻以及被施加的电压相关。因此可以利用对电压的调节来控制功率输入和温度。此外，芯盒还具有温度传感器，以便避免在高于粘合剂的规定的作业范围内加热，这是因为过高的温度否则会对粘合力产生不利影响。
电控制装置8在此还调节型芯喷射机的不同的工艺步骤。在此尤其在芯盒部件合并时必须注意，应以协调的速度完成合并，以便避免在芯盒材料中的对撞效应并由此避免可能的永久损伤。
具有多个砂芯2的制芯工具可以要么每个砂芯2”使用一个电极对，要么使用一个覆盖整个芯盒的所有砂芯2的电极对。在此应考虑的是，在加热过程中将控制装置选择为，所有砂芯2能够在期望的周期时间内固化，然而砂芯2”中的温度从不上升高于使粘合剂丧失其粘合力的温度点。
用于从外部加热芯盒的其他设备可以省去。其他设备、例如用于强制通风的设备可以继续使用。
常规的生产过程在此被分为三个过程。第一过程描述了在短时或较长停机之后设备的启动。
在该过程期间的特征在于，材料7尚未达到计划的工作温度。对芯盒的加热在此像通常的生产过程中那样进行。部件4、5从其初始位置合并，并且构成接触面。随后可以将砂-粘合剂混合物9灌入芯盒中。在下一步骤中则借助电控制装置8通过电流实现能量输入。鉴于材料7的提高的比电阻，需要较之常规的生产周期时间更久的预热过程。在预热过程中芯盒缓慢加热，并且材料7的比电阻随着温度的提高而降低。按照电阻加热原理，电阻下降得越剧烈，材料7的加热越迅速。由于第一砂芯2的热量输入并不在理想条件下进行，可能会在过程中导致更多的废品。
一旦在芯盒上达到对于粘合剂期望的工作温度，则开始实质上的生产过程。该工艺参数可以在此如下描述。芯盒的材料7具备工作温度和由此具备砂-粘合剂混合物9的理想的比电阻。芯盒部件4、5彼此分开并且砂芯腔是空的。在第一步骤中，芯盒部件4、5闭合并且随后砂-粘合剂混合物9灌入芯盒中。比电阻与砂-粘合剂混合物9的温度相关。所述混合物9可以在此具有室温或者已经预热了。一旦砂-粘合剂混合物9被灌入芯盒中，则芯盒材料的与砂-粘合剂混合物9的直接接触面略微冷却。由此暂时提高了芯盒材料7的电阻，其中，同时由于热量吸收使得砂-粘合剂混合物9的比电阻下降。由于如上所述材料7和砂-粘合剂混合物9的温度-电阻曲线类似地延伸，比电阻的偏差保持有限。电控制装置8激活电流流通，并且这实现了经过材料7并且经过砂芯2”的电流流通。随着不断升高的加热，砂-粘合剂混合物9的电阻以及在材料7中的电阻下降，直至几乎达到理想的电阻。在此时刻的功率输入是理想的。
砂-粘合剂混合物9从初始温度根据尺寸在数秒内被加热到约100至130℃。一旦由于砂-粘合剂混合物9中水份额的蒸发降低了自由的载流子，则砂-粘合剂混合物9的比电阻开始骤然升高。在此时刻，砂芯2内部的电流流通降低。为达到对于砂-粘合剂混合物9期望的理想工作温度，剩余的热能这时必须像既有的方法中那样通过芯盒材料7传递。
在已经实施的测试中，在此不断地继续借助电流流通加热碳化硅材料，以便补偿材料7在砂芯2”上的热量损耗。
因此，该方法的特别的优点在于，通过电阻加热原理借助砂芯2内部的电流流通实现砂-粘合剂混合物9从灌入时的温度至约130℃的加热。其他的优点在于材料7的高效加热和由此在从130℃至砂-粘合剂混合物9的期望的工作温度的阶段中的热量导入。
作为示例援引砂-粘合剂混合物9，其具有约为170℃的工作温度和约为20℃的灌入温度。总共约150℃需要加热。借助该方法可以因此极快地借助砂芯2内部的电阻加热形成2/3(约为100℃)的所需热能，而约1/3的所需热能则借助材料7至砂芯2”的热传递形成。
在达到工作温度或者说实现固化之后，砂芯2”可以像既有的型芯铸造方法那样取出。
为将砂芯从型腔中顶出的必要的顶料栓16固定在为此设置的顶料孔16’中，并且实现了砂芯2从材料7中的松脱。
第三过程描述了在间歇或关机之前的冷却阶段。在此阶段，芯盒可以简单地在分开状态下冷却，并且可随时重新用于第一工艺阶段。
迄今由现有技术已知的方法中始终必须面临的风险在于，混合物9鉴于不同的内电阻、例如由不同砂芯厚度导致的不同的内电阻而具有局部不同的固化度，与其相比，利用根据本发明的方法首次实现了混合物9的相同形状的、也即均匀且此外过程可靠的固化，由此模具2或铸造型芯2’能够与其几何结构无关地以特别高的品质被制造。此外，利用根据本发明的方法避免了在型芯表面或模具表面上成壳的风险，例如在借助自外部(例如油浴加热)的热量固化时可能会出现这种情况。
由此，利用根据本发明的制模或制芯工具1，通过根据砂-粘合剂混合物9调整型箱或芯盒7的电导率，首次实现了模具2或型芯2’的过程可靠的制备。这允许电能的均匀的导通和由此均匀的加热和进而均匀的固化。这是从前从未实现的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于制造针对铸造用途的模具(2)或型芯(2’)的方法，所述方法借助根据由至少一种模塑材料、例如铸造用砂和至少一种含水的、无机的、可热固化的粘合剂组成的混合物(9)的比电阻调整工具部件的材料的比电阻来实现，所述粘合剂具有至少5·10-3S/m的电导率，其中，
-在不导电的壳体(3)中引入至少一个由导电的材料(7)制成的用于容纳所述混合物(9)的工具部件，其中，所述材料(7)在150至180℃的工作温度下的电导率至少几乎相当于混合物(9)在100℃至130℃的温度下的电导率，
-通过平行布置在壳体(3)中/上的电极(10)将电能和由此将热量输入工具部件(7)，该热量导致混合物(9)的固化，
-其中，所述壳体(3)由至少两个壳体部件(4、5)组成，所述壳体部件在制模或制芯的周期过程开始和结束时合并或彼此分开，并且在合并时构成直接的接触面，
-其中，在工具中、至少一个电极(10)以及壳体(3)的至少一个部件(4、5)中存在用于顶料栓(16)的穿孔(16’)，以便砂芯的取出，
-其中，为使水蒸汽或气体逸出，无论所述工具还是电极以及壳体的至少一个部件(4、5)都多孔式地实施和/或存在排气狭缝(17)，
-其中，一个或多个模具或型芯(2、2’)在混合物(9)固化和壳体部件(4、5)彼此分开之后借助顶料栓(16)从工具中挤出并且取出，
其特征在于，被用于工具部件的材料(7)具有以下性质：
-所述材料是烧结的固体，
-具有大于4的莫氏硬度，
-所述材料(7)在150℃至180℃的工作温度下的比电阻在约0.5欧姆米和约200欧姆米之间，
-热导率为至少0.56w/(m*K)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
将电能以交流电或直流电的形式输入工具部件(7)中，并且在考虑砂-粘合剂混合物的特定温度-电阻曲线、工具部件(7)的温度以及工具部件材料的最大短时负载的情况下借助用于控制/调节的装置(8)来调节电压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
作为所述材料(7)使用烧结的陶瓷材料，所述陶瓷材料含有碳化硅或氮化硅。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
为用于制造模具(2)或型芯(2’)的方法使用至少一个工具部件，该工具部件带有至少一个用于待制造的模具(2)或待制造的型芯(2’)的型腔。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其特征在于，
用于将砂芯顶出的顶料栓(16)由不导电的材料制成，或者在结构技术上这样使用，从而使导电的顶料栓(16)在模具(2)或型芯(2’)的制造过程期间不与芯盒的电流导通的部件发生接触。
6.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
通过加入添加剂、例如石墨或食盐影响混合物(9)的导电性，从而实现较低的比电阻。
7.一种用于制备针对铸造用途的模具(2)或型芯(2’)的制模或制芯工具(1)，其带有由至少两个部件(4、5)组成的壳体(3)，其中，
-在不导电的壳体(3)中引入至少一个由导电的材料(7)制成的用于容纳混合物(9)的工具部件，其中，所述材料(7)由烧结的、含有碳化硅或氮化硅的烧结材料制成，
-设置至少两个平行布置的电极(10)，其中，分别至少一个电极布置在壳体(3)的至少一个部件(4、5)中，
-为使水蒸汽或气体逸出，无论所述制模或制芯工具(1)还是电极(10)以及壳体的至少一个部件(4、5)都多孔式地实施和/或包含排气狭缝(17)。
8.根据权利要求7所述的制模或制芯工具，
其特征在于，
壳体(3)的至少一个部件(4、5)由塑料、电绝缘材料或绝缘陶瓷构造。
9.根据权利要求7或8所述的制模或制芯工具，
其特征在于，
所述壳体(3)的至少两个部件(4、5)通过至少一个分界面(6)相互连接，其中，所述电极(10)相互平行地并且在材料(7)与绝缘层之间布置。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的制模或制芯工具，
其特征在于，
在至少一个工具部件中设置至少一个砂芯空腔，所述砂芯空腔能够利用快速固紧系统固定在壳体(3)中，并且由此实现工具部件在芯盒内部的快速更换。
Claims (12)
1.一种用于制造针对铸造用途的模具(2)或型芯(2’)的方法，所述方法借助根据由至少一种模塑材料、例如铸造用砂和至少一种含水的、无机的、可热固化的粘合剂组成的混合物(9)的比电阻调整工具部件的材料的比电阻来实现，所述粘合剂具有至少5·10-3S/m的足够的电导率，其中，
-在不导电的壳体(3)中引入至少一个由导电的材料(7)制成的用于容纳所述混合物(9)的工具部件，其中，所述材料(7)在150至180℃的工作温度下的电导率至少几乎相当于混合物(9)在约100℃至130℃的温度下的电导率，
-通过平行布置在壳体(3)中/上的且必要时整面的电极(10)将电能和由此将热量输入工具部件(7)，该热量导致混合物(9)的固化，
-其中，所述壳体(3)由至少两个壳体部件(4、5)组成，所述壳体部件在制模或制芯的周期过程开始和结束时合并或彼此分开，并且在合并时构成不具有绝缘式中间层的直接的接触面，
-其中，在工具中、至少一个电极(10)以及壳体(3)的至少一个部件(4、5)中存在用于顶料栓(16)的必要的穿孔(16’)，以便砂芯的取出，
-其中，为使水蒸汽或气体逸出，无论所述工具还是电极以及壳体的至少一个部件(4、5)都多孔式地实施和/或存在排气狭缝(17)，
-其中，一个或多个模具或型芯(2、2’)在混合物(9)固化和壳体部件(4、5)彼此分开之后借助顶料栓(16)从工具中挤出并且取出。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
将电能以交流电或直流电的形式输入工具部件(7)中，在考虑砂-粘合剂混合物的特定温度-电阻曲线、工具部件(7)的温度以及工具部件材料的最大短时负载的情况下借助用于控制/调节的装置(8)来调节电压，其中，根据应用情况还能够施加恒定的电压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
被用于工具部件的材料(7)具有以下性质：
-所述材料是烧结的固体并且由此不是气体、液体或散状物料，
-具有大于4的莫氏硬度，
-所述材料(7)在150℃至180℃的工作温度下的比电阻在约0.5欧姆米和约200欧姆米之间，
-热导率为至少0.56w/(m*K)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于，
作为所述材料(7)使用烧结的陶瓷材料，所述陶瓷材料基本上由碳化硅或氮化硅制成，所述陶瓷材料能够含有碳份额或其他添加剂，以便根据砂-粘合剂混合物的电导率调整所述电导率。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其特征在于，
为用于制造模具(2)或型芯(2’)的方法使用至少一个工具部件，该工具部件带有至少一个用于待制造的模具(2)或待制造的型芯(2’)的型腔。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于，
用于将砂芯顶出的顶料栓(16)由不导电的材料制成，或者在结构技术上这样使用，从而使导电的顶料栓(16)在模具(2)或型芯(2’)的制造过程期间不与芯盒的电流导通的部件发生接触。
7.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
通过加入添加剂、例如石墨或食盐影响混合物(9)的导电性，从而实现较低的比电阻，以便以较低电压运行所述方法。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述方法既能够用于新构建的型芯喷射机，也能够应用于对既有的型芯喷射机的改造，以便由此以高达30％的幅度更迅速地制备砂芯。
9.一种用于制备针对铸造用途的模具(2)或型芯(2’)的制模或制芯工具(1)，其带有由至少两个部件(4、5)组成的壳体(3)，其中，
-在不导电的壳体(3)中引入至少一个由导电的材料(7)制成的用于容纳混合物(9)的工具部件，其中，所述材料(7)由烧结的、基本上由碳化硅或氮化硅组成的烧结材料制成，所述烧结材料在必要情况下含有提高电导率的添加剂，例如石墨，
-至少两个壳体部件(4、5)在周期过程开始和结束时合并或彼此分开，并且在合并时构成不具有绝缘式中间层的直接的接触面，
-设置至少两个平行且必要时整面布置的电极(10)，其中，分别至少一个电极布置在壳体(3)的至少一个部件(4、5)中，
-用于顶料栓(16)的穿孔(16’)设置在制模或制芯工具(1)中、至少一个电极(10)中以及壳体的至少一个部件(4、5)中，用于在必要时砂芯的取出，
-为使水蒸汽或气体逸出，无论所述制模或制芯工具(1)还是电极(10)以及壳体的至少一个部件(4、5)都多孔式地实施和/或包含排气狭缝(17)。
10.根据权利要求9所述的制模或制芯工具，
其特征在于，
壳体(3)的至少一个部件(4、5)由塑料、电绝缘材料或绝缘陶瓷构造。
11.根据权利要求9或10所述的制模或制芯工具，
其特征在于，
所述壳体(3)的至少两个部件(4、5)通过至少一个分界面(6)相互连接，其中，所述电极(10)相互平行地并且在材料(7)与绝缘层之间布置。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的制模或制芯工具，
其特征在于，
在至少一个工具部件中设置至少一个砂芯空腔，所述砂芯空腔在必要时能够利用快速固紧系统固定在壳体(3)中，并且由此实现工具部件在芯盒内部的快速更换。
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