DE10133325A1 - Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus Metall - Google Patents

Abstract

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks (1) aus Metall werden ein körniges Material mit einem Verfestigungsmittel durchmischt, wird die Mischung zu einer Materialmasse (4) mit einer vorgegebenen Gestalt verfestigen gelassen, wird durch Materialmasse entfernende Bearbeitung eine Negativform (6) des Gussstücks in der Materialmasse (4) ausgebildet, wird die verfestigte Materialmasse (4) mit der in ihr ausgebildeten Negativform (6) abgedeckt (16), wird die Negativform mit Metallschmelze gefüllt, wird die Metallschmelze in der Negativform (6) zur Bildung des Gusstücks (1) abkühlen gelassen, wird das Gusstück (1) aus der Negativform (6) in der verfestigten Materialmasse (4) entfernt und wird das Gussstück (1) erforderlichenfalls nachbearbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus Metall.

Bei einem solchen bekannten Verfahren wird zunächst ein Modell des Gusstücks aus Holz oder Kunststoff hergestellt, das um das Schwindmaß des vorgesehenen Gießmetalls ver­ größert ist. Das Modell gibt die Außenkonturen des Gussstücks wieder, während für Innen­ konturen entsprechende Kerne aus Holz oder Kunststoff ebenfalls unter Berücksichtigung des Schwindmaßes eingesetzt werden.

Zur Herstellung der Gussform verwendet man den sogenannten Formsand, bei dem es sich um einen feinkörnigen, mageren und feuchtigkeitsarmen Sand handelt, in den für seine Plastifizierung stark klebende Tone eingebunden sind.

Das Modell wird in einen Unterkasten so eingesetzt, dass es auf allen Seiten bis zu einer vorgegebenen Formteilebene von Formsand umgeben ist, der in der erforderlichen Weise verdichtet wird. Die Formsandoberfläche des Unterkastens wird entweder mit einer Trennfo­ lie abgedeckt oder mit einer ein späteres Trennen zulassenden Substanz imprägniert. Der auf den Unterkasten in vorgegebener Ausrichtung aufgesetzte Oberkasten, in den das Mo­ dell oberhalb der Formteilebene ragt, wird dann ebenfalls mit Formsand ausgefüllt, der in der erforderlichen Weise verdichtet wird. Für die Zuführung der Metallschmelze und zum Entwei­ chen von Gasen sind wenigstens ein Eingusskanal und ein Gaskanal durch den Formsand zum Modell hindurchgehend vorgesehen.

Die von dem Oberkasten gebildete obere Formhälfte wird dann von der von dem Unter­ kasten gebildeten unteren Formhälfte durch Trennung in der Formteilebene abgehoben und nach Entfernen des Modells in der gleichen fluchtenden Ausrichtung wieder aufgesetzt. Da­ durch erhält man eine Negativform oder Hohlform, die von dem verdichteten und unge­ bundenen Formsand umschlossen ist, in die an geeigneten Stellen zur Bitdung von Hohl­ räumen Kerne angeordnet werden und in die durch den Eingusskanal das geschmolzene Metall eingeführt wird, während die in dem Formhohlraum befindlichen Gase durch den Gas­ kanal entweichen können. Nach Verfestigung und Abkühlung des Metalls werden die Form­ hälften getrennt und das Gussstück entfernt, das, falls erforderlich, nachbearbeitet wird.

Dieses bekannte Gießverfahren ist aufgrund der vorherigen Anfertigung eines Modells unter Berücksichtigung bestimmter Schwindmaße zeitaufwendig und arbeitsintensiv. Außerdem muss das Modell nach einmaliger oder mehrmaliger Verwendung entsorgt werden. Da die Handhabung der aus Formsand hergestellten Gießform leicht beschädigbar ist, braucht man für die erforderlichen Arbeitsgänge erfahrene Arbeiter.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, das Verfahren zur Her­ stellung eines Gussstücks aus Metall so auszugestalten, dass es in einfacher Weise auch von ungeschultem Personal ausgeführt werden kann, ohne dass ein Modell erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus Metall dadurch gelöst, dass ein körniges Material mit einem Verfestigungsmittel durchmischt wird, dass die Mischung zu einer Materialmasse mit einer vorgegebenen Gestalt verfestigen gelassen wird, dass durch Materialmasse entfernende Bearbeitung eine Negativform des Gussstücks in der Materialmasse ausgebildet wird, dass die verfestigte Materialmasse mit der in ihr ausgebilde­ ten Negativform abgedeckt wird, dass die Negativform mit Metallschmelze gefüllt wird, dass die Metallschmelze in der Negativform zur Bildung des Gussstücks abkühlen gelassen wird, dass das Gussstück aus der Negativform in der verfestigten Materialmasse entfernt wird und dass das Gussstück erforderlichenfalls nachbearbeitet wird.

Als körniges Material eignen sich Sande, sandartige Körner oder kugelförmige Granulate sowie Mischungen davon.

Die Materialmasse entfernende Bearbeitung kann von Hand mittels geeigneter Werkzeuge durch Abschaben, Abreiben oder Herausstemmen erfolgen, zweckmäßigerweise wird jedoch die Negativform aus der verfestigten Materialmasse mittels NC-gesteuerter, Materialmasse entfernender Bearbeitung hergestellt, beispielsweise mit Hilfe von NC-gesteuerten Fräs-, Bohr-, Stichwerkzeugen und dergleichen.

Vorzugsweise wird die Materialmasse zu der Gestalt eines geraden Parallelepipeds verfesti­ gen gelassen, wofür geeignete Kästen verwendet werden können.

Wenn in dem Gussstück Hohlräume ausgebildet werden sollen, werden entsprechende Ker­ ne aus verfestigter Materialmasse durch Materialmasse entfernende Bearbeitung hergestellt und in der Negativform in vorgegebener Weise angeordnet. Dabei werden für die Material­ masse entfernende Bearbeitung der Kerne Schleifwerkzeuge oder Drehstähle und dergleichen verwendet. Die Fixierung der Kerne in der Negativform erfolgt durch entsprechend vor­ gesehene Aufnahmen.

In der Abdeckung der verfestigten Materialmasse wird je nach Erfordernis wenigstens eine Gießöffnung und wenigstens eine Auslassöffnung für Gase vorgesehen, wobei diese Öff­ nungen in Fluidverbindung mit der Negativform stehen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ohne weiteres möglich, bei der Materialmasse entfernenden Bearbeitung zur Herstellung der Negativform die Entformung erleichternde Wandschrägungen vorzunehmen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die verfestigte Materialmasse zur Bildung der Negativform direkt bearbeitet, was maschinengesteuert von durchschnittlich geschultem Personal in einfacher Weise schnell und zeitsparend durchgeführt werden kann, ohne dass Modelle benötigt werden und somit der dafür erforderliche Aufwand entfällt, ebenso wie für die aufwendige Berechnung von Schwindmaßen und Aushebeschrägen. Außerdem entfallen Arbeitsgänge, wie ein Auf-den-Kopf-Stellen der Form, wie dies bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik gelegentlich erforderlich ist.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 perspektivisch die Bepackung eines Formkastens mit Sand zur Bildung der verfestig­ ten Materialmasse,

Fig. 2 in einer Ansicht wie Fig. 1 die Materialmasse entfernende Bearbeitung mittels eines Fräsers zur Ausbildung der Negativform,

Fig. 3 in einer Ansicht wie Fig. 2 die verfestigte Materialmasse mit der in ihr ausgebildeten Negativform und Löchern für das Einsetzen von Kernen und Formhälftenjustierungsstangen,

Fig. 4 perspektivisch die Herstellung eines Kernteils aus verfestigter Materialmasse,

Fig. 5 perspektivisch die Herstellung von Hilfselementen aus verfestigter Materialmasse,

Fig. 6 in einer Ansicht wie Fig. 3 das Einsetzen des Kerns der Hilfselemente in die Negativ­ form,

Fig. 7 in einer Ansicht wie Fig. 6 das Abdecken der unteren Formhälfte mit der Negativform durch eine obere Formhälfte,

Fig. 8 in einer Ansicht wie Fig. 7 das Eingießen des Metalls bei aufeinander gesetzten Form­ hälften,

Fig. 9 in einer Ansicht wie Fig. 3 das Entfernen des rohen Gussstücks aus der unteren Form­ hälfte,

Fig. 10 perspektivisch das rohe Gussstück,

Fig. 11 perspektivisch das Gussstück und die vom rohen Gussstück bei der Nachbearbei­ tung entfernten Elemente und

Fig. 12 perspektivisch das nachgearbeitete fertige Gussstück.

Das in Fig. 12 gezeigte herzustellende fertige Gussstück 1 hat die Form einer flachen recht­ eckigen Platte mit einer von einer einen Plattenfläche zur anderen Plattenfläche durch­ gehenden zylindrischen Öffnung 2.

Zur Herstellung des Gussstücks wird zunächst ein Unterkasten 3 in Form eines rechteckigen Rahmens, der an seiner Umfangsfläche mit Tragstangen 3a versehen ist, mit einer Mischung aus Sand und einem Verfestigungsmittel gefüllt. Durch das Verfestigen des Verfestigungs­ mittels erhält man im Unterkasten 3 eine verfestigte Materialmasse 4, die die Form eines flachen geraden Quaders hat.

Anschließend wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist, beispielsweise mittels eines NC-gesteuerten Werkzeugs 5 in Form eines Fräsers oder dergleichen durch Materialmasse entfernende Be­ arbeitung eine Negativform des Gussstücks ausgebildet. Das Werkzeug 5 wird entsprechend den Eigenschaften der verfestigten Materialmasse 4 ausgewählt. Die von dem Werkzeug 5 entfernte Materialmasse wird von einer nicht gezeigten bekannten Einrichtung abgesaugt.

Wenn die in Fig. 3 gezeigte Negativform fertiggestellt ist, wird eine Positionieröffnung 8 für die Aufnahme eines Kerns an der Stelle vorgesehen, an der in dem Gussstück von Fig. 12 die zylindrische Öffnung 2 vorhanden ist. Außerdem werden am Rand außerhalb der Nega­ tivform in der verfestigten Materialmasse 4 Ausrichtlöcher 9 in Zuordnung zu einer oberen Formhälfte ausgebildet. Auf der einen Seite hat die Negativform 6 im unteren Bereich eine Sockelleiste 7.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird ein Kern 10 aus einem prismenförmigen Stab 10a aus verfes­ tigter Materialmasse dadurch hergestellt, dass er eingespannt zwischen die Spitzen 11 einer Drehbank mittels eines Drehstahls 12 in die gewünschte zylindrische Form gebracht wird. Sein Außendurchmesser ist so bemessen, dass er in die Positionieröffnung 8 fest einsetzbar ist.

Gemäß Fig. 5 werden mittels eines für die Oberflächenbearbeitung geeigneten Werkzeugs 5 aus verfestigter Materialmasse 13a bzw. 14a zwei stabförmige Körper 13, 14 mit im Wesent­ lichen quadratischem Querschnitt und einer Längserstreckung hergestellt, die der Längs­ erstreckung der Negativform 6 entlang der Sockelleiste 7 entspricht. Der Körper 13 hat an seiner Oberseite sich quer zu seiner Längsrichtung erstreckende, voneinander beabstandete Aussparungen 13b, die Überläufe bilden. Gemäß Fig. 6 wird der Körper in der Negativform 6 seitlich an die Sockelleiste 7 anliegend angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der stabförmige Körper 14 an der Wand der Negativform 6 anliegend angeordnet, wozu sei­ ne Außenkanten bei 14b entsprechend der Negativform 6 gerundet sind. Gleichzeitig wird der Kern 10 senkrecht in die Positionieröffnung eingesetzt. In die Ausrichtlöcher 9 werden Ausrichtstifte 15 eingesetzt, die eine Doppelkonusform haben.

Zur Abdeckung der verfestigten Materialmasse 4 in dem unteren Kasten 3 dient eine obere Formhälfte (Fig. 7) bestehend aus einem oberen Kasten 16 mit Tragstangen 16a, die eben­ falls mit verfestigter Materialmasse gefüllt ist, und durch die sich von ihrer Oberseite bis zur Negativform ein Gießkanal 17 und ein Gasauslasskanal 18 erstrecken, die von Führungstei­ len 17a bzw. 18a gemäß Fig. 8 umgeben sind.

In die so geschlossene Form wird geschmolzenes Metall in Richtung des Pfeils von Fig. 8 in den Gießkanal 17 eingegossen. Die Metallschmelze füllt alle Hohlräume der Negativform 6 und tritt durch den Gasauslasskanal 18, durch die vorher die Gase in der Negativform 6 entwichen sind, aus, woraufhin der Gießvorgang beendet wird. Die Metallschmelze kühlt in der Negativform 6 ab und verfestigt sich. Wenn eine ausreichende Abkühlung erfolgt ist, wird die obere Formhälfte 16 zusammen mit den Verbindungsstiften 15 abgenommen und das Rohgussstück, wie in Fig. 9 gezeigt, aus der unteren Formhälfte herausgenommen, wobei das verfestigte Material 4, welches die Negativform 6 bildet, der Kern 10 aus verfestigtem Material sowie die stabförmigen Körper 13 und 14 zerstört werden. An dem Rohgussstück hängen das Überlaufmetall 19, das Eingussstück 19a und das Austrittsstück 20, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. Das Überlaufstück 19 mit dem Eingussstück 19a und das Austrittsstück gezeigt ist. Das Überlaufstück 19 mit dem Eingussstück 19a und das Austrittsstück 20 wer­ den mittels geeigneter Werkzeuge entfernt. Erforderlichenfalls werden die Oberflächen des Gussstücks 1 durch Schleifen oder dergleichen nachbearbeitet, wodurch man das in Fig. 12 gezeigte fertige Gussstück 1 mit der zylindrischen Öffnung 2 erhält.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus Metall, bei welchem
ein körniges Material mit einem Verfestigungsmittel durchmischt wird,
die Mischung zu einer Materialmasse mit einer vorgegebenen Gestalt verfestigen gelassen wird,
durch Materialmasse entfernende Bearbeitung eine Negativform des Gussstücks in der Materialmasse ausgebildet wird,
die verfestigte Materialmasse mit der in ihr ausgebildeten Negativform abgedeckt wird,
die Negativform mit Metallschmelze gefüllt wird,
die Metallschmelze in der Negativform zur Bildung des Gussstücks abkühlen ge­ lassen wird,
das Gussstück aus der Negativform in der verfestigten Materialmasse entfernt wird und
das Gussstück erforderlichenfalls nachbearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als körniges Material Sande, sandartige Kör­ ner oder kugelförmige Granulate oder Mischungen davon verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Negativform aus der verfestigten Materialmasse mittels NC-gesteuerter, Materialmasse entfernender Bearbeitung her­ gestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Material­ masse zu der Gestalt eines geraden Parallelepipeds verfestigen gelassen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem wenigstens ein Kern aus verfestigter Materialmasse durch Materialmasse entfernende Bearbeitung hergestellt und in der Negativform in vorgegebener Weise angeordnet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem wenigstens eine Gießöffnung und wenigstens eine Auslassöffnung in der Abdeckung der verfestigten Materialmasse und in Fluidverbindung mit der Negativform vorgesehen werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Materialmasse entfernenden Bearbeitung zur Herstellung der Negativform die Entformung erleichternde Wandschrägungen ausgebildet werden.