DE10053630A1 - Verfahren zum Herstellen einer Sandgussform - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Sandgussform mit Hilfe eines verlorenen Positivmodells des zu fertigenden Formgussstücks, insbesondere nach der Lost-Foam-Methode, bei dem der Formsand bis zum Erreichen der Füllobergrenze in einen das Positivmodell enthaltenden Formbehälter eingefüllt und verdichtet wird, wird erfindungsgemäß eine hinsichtlich vollständiger und gleichmäßig hoch verdichteter Sandfüllung des Positivmodells deutliche Qualitätsverbesserung dadurch erzielt, dass die Füllstandshöhe im Formbehälter stufenlos gemessen und mindestens ein Prozessparameter während des Füll- und Verdichtungsprozesses in Abhängigkeit vom Füllstands-Messsignal programmgesteuert verändert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Gussform aus Formsand oder einem anderen, schüttgutartigen Formwerkstoff mit Hilfe eines verlorenen Positivmodells des zu fertigenden Formgussstücks, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Herstellungsverfahren dieser Art, wie sie insbesondere in der Lost-Foam- Gießtechnik zu Anwendung kommen, ist es bekannt, einen oder mehrere Füll- und/oder Verdichtungsparameter, etwa den Sand-Mengenzustrom oder aber die Erregerfrequenz, die Schwingungsrichtung, -amplitude oder -dauer der Verdichterschwingung, nach einem fest vorgewählten Zeitschema abzuändern, um so den Füll- und Verdichtungsprozess an die Raumform des jeweiligen Modelltyps anzupassen. Auf diese Weise lassen sich jedoch örtliche Inhomo­ genitäten an der Sandgussform, also Bereiche fehlender oder ungenügend verdichteter Sandfüllung, vor allem an Aussparungen oder Hohlräumen von verwickelt gestalteten Positivmodellen zumeist nicht vermeiden, mit der Folge, dass das mit der Sandgussform hergestellte Gussstück tropfenförmige Aus­ buchtungen oder andere Oberflächenfehler aufweist, die unter den strikten Qualitätsstandards, wie sie etwa in der Automobilindustrie an die Gussgenau­ igkeit von Motorblöcken oder Zylinderkopfdeckeln gestellt werden, nicht hinge­ nommen werden können, so dass das Gussstück in aufwendiger Weise nach­ bearbeitet oder - noch häufiger - als Ausschuss aussortiert werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass örtliche Fehlstellen an der mit dem Positivmodell hergestellten Sandgussform auf einfache Weise vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekenn­ zeichnete Verfahren gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich der Füll- und Verdichtungs­ prozess aufgrund der beanspruchten, füllstandsabhängigen Prozesssteuerung gezielt und exakt auf die jeweils vom Sandniveau erreichte Querschnittskonfi­ guration des Positivmodells abstimmen und dadurch sicherstellen, dass selbst verwickelte Modellaussparungen oder -hohlräume vollständig und mit ausrei­ chend hoher Verdichtung formsandgefüllt werden. Dies garantiert eine hohe Abbildungsqualität vom Modell auf die Sandgussform und damit auf das Guss­ stück, mit der Folge, dass eine aufwendige Nachbesserung entfällt und die Ausschussrate deutlich abgesenkt wird.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden nach Anspruch 2 in besonders bevorzugter Weise mehrere Prozessparameter gemeinsam, näm­ lich sowohl der Sand-Mengenzustrom als auch mindestens ein Verdichtungs­ parameter, füllstandsabhängig gesteuert, wodurch eine noch feinere Anpas­ sung des Füll- und Verdichtungsprozesses auf den jeweils in Höhe des Sand­ niveaus liegenden Querschnittsbereich des Positivmodells ermöglicht wird.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Formsand schichtweise in den Formbehälter einzufüllen und zu verdichten und dementsprechend den oder die Prozessparameter schrittweise jeweils nach einer diskreten Füll­ standsänderung zu variieren, wie dies nach Anspruch 3 bevorzugt wird.

Zur Füllstandsmessung wird nach Anspruch 4 aus Gründen einer hohen Mess­ genauigkeit bei zugleich einfacher und einbaugünstiger Ausbildung vorzugs­ weise eine kapazitiv arbeitende, im Formbehälter angeordnete Füllstandsson­ de verwendet.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, bei­ spielsweisen Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die in ihrer einzi­ gen Figur in stark schematisierter Darstellung einen Formbehälter mit einem darin enthaltenen, verlorenen Positivmodell im teilweise formsandbefüllten Zu­ stand zeigt.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren dient zur Herstellung einer einteili­ gen Sandgussform mit Hilfe eines aus Schaumstoff bestehenden Positivmo­ dells 2 des zu fertigenden Formgussstücks im Wege des Lost-Foam-Gieß­ verfahrens, wobei das Positivmodell 2 in der Sandgussform verbleibt und dann beim späteren Gussvorgang durch die einfließende Metallschmelze verdampft wird.

Das Positivmodell 2 wird zunächst positionsgenau in einem Formbehälter 4 fixiert, welcher sich unterhalb eines Sandspeichers 6 mit einem steuerbaren Sieb 8 befindet, mit dem der Sand-Mengenstrom regulierbar ist und gleichför­ mig über den Behälterquerschnitt verteilt wird.

Die Verdichtung der Sandschüttung im Formbehälter 4 erfolgt mit Hilfe eines hinsichtlich Erregerfrequenz, Schwingungsrichtung und/oder -amplitude steu­ erbaren, mit dem Behälter 4 verkoppelten Schwingungsgenerators 10 in Ver­ bindung mit einer elastischen Lagerung des Behälters 4 über Gummipolster 12.

Zur stufenlosen und exakten Messung der Füllstandshöhe h des Sandbetts ist eine gemeinsam mit der Behälterwand kapazitiv arbeitende Füllstandssonde 14 vorgesehen, deren elektrisches Messsignal einer zentralen Steuereinheit 16 zugeführt wird, die eine veränderliche Einstellung des Verteilersiebs 8 und des Schwingungsgenerators 10 während des Füll- und Verdichtungsprozesses in Abhängigkeit von dem Füllstands-Messsignal vornimmt. Auf diese Weise lässt sich der Füll- und Verdichtungsprozess exakt und gezielt an den jeweils in Hö­ he des Sandniveaus h liegenden Querschnittsbereich des Positivmodells 2 an­ passen, so dass auch verwickelt gestaltete Aussparungen und Hohlräume, wie etwa der erweiterte Innenkanal 18 des in der Zeichnung dargestellten Positiv­ modells 2 eine vollständige und gut verdichtete Sandfüllung erhalten.

Im einzelnen wird das Verteilersieb 8 derart gesteuert, dass jeweils nur eine dosierte Formsand-Teilmenge in den Behälter 4 abgegeben wird, die Sandfül­ lung also schichtweise anwächst, wobei die Schichtdicke von der Zentraleinheit 16 je nach Größe des Füllstandssignals variabel eingestellt wird. Ebenfalls füll­ standsabhängig werden die Verdichtungsparameter von der Zentraleinheit 16 programmgesteuert verändert. So wird, wenn das Messsignal am Ende eines Füllschrittes anzeigt, dass das Sandniveau die Einfüllhöhe eines Modell-Hohl­ raums, also z. B. den Einlassbereich des dargestellten Innenkanals 18 erreicht hat, die Schwingungsrichtung und/oder die Schwingungsamplitude des Schwin­ gungsgenerators 18 derart modifiziert, dass der Formsand in zunächst noch loser Schüttung quer zur Einfüllrichtung in den Hohlraum einfließt, bevor der eigentliche Verdichtungsvorgang eingeleitet wird. Das so abgewandelte Vibra­ tionsprogramm wird für jede Sandschicht wiederholt, bis der Hohlraumeinlass oder die Modellaussparung vom Sandniveau überdeckt ist.

Mit der füllstandsabhängigen Prozesssteuerung lässt sich weiterhin der Ver­ dichtungsgrad der einzelnen Sandschichten auf einfache Weise überwachen und einregeln: Wie nämlich anhand von experimentellen Untersuchungen bestätigt werden konnte, fällt das Messsignal im Laufe einer Verdichtungspha­ se wegen der hohen Messgenauigkeit der verwendeten Füllstandssonde 14 entsprechend der Volumenverringerung der zunächst noch lose eingeschütte­ ten Formsandschicht ab. Demgemäß wird der Signalabfall als Maß für den je­ weils erreichten Verdichtungsgrad ausgewertet, wobei das spezifische Volu­ men der Sandfüllung bei ausreichender Verdichtung um etwa 10% kleiner ist als im Zustand loser Schüttung. Sobald daher ein entsprechender Signalabfall von der Zentraleinheit 16 erkannt wird, wird die Verdichtungsphase für die zu­ letzt aufgebrachte Formsandschicht beendet und das Verteilersieb 8 erneut aufgesteuert und so der nächste Füll- und Verdichtungsvorgang eingeleitet.

Die beschriebene Prozesssteuerung wird unter sukzessiver Erhöhung des Füllstandsniveaus fortgesetzt, bis die obere Behälter-Füllgrenze erreicht ist, woraufhin die Sandgussform fertiggestellt ist und an die Gießstation übergeben werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen einer Sandgussform mit Hilfe eines verlorenen Positivmodells des zu fertigenden Formgussstücks, insbesondere nach der Lost-Foam-Methode, bei dem der Formsand bis zum Erreichen der Füll­ obergrenze in einen das Positivmodell enthaltenden Formbehälter eingefüllt und verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandshöhe im Formbehälter stufenlos gemessen und mindestens ein Prozessparameter während des Füll- und Verdichtungsprozesses in Abhängigkeit vom Füllstands-Messsignal programmgesteuert verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessparameter der Sandzustrom zum Formbehälter und mindestens ein Verdichtungsparameter nach Maßgabe des Füllstands-Messsignals ge­ steuert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessparameter schrittweise jeweils nach einer diskreten Füllstands­ änderung abgeändert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Füllstandshöhe im Formbehälter unter Verwendung einer kapazitiv messenden Füllstandssonde ermittelt wird.