DE10141184A1

DE10141184A1 - Production of investment castings comprises joining model components from a storage vessel to form a model, embedding sand in a mold box, breaking down into its constituents after removing from the mold and returning to the storage vessel

Info

Publication number: DE10141184A1
Application number: DE2001141184
Authority: DE
Inventors: Dieter Fichtner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-03-13

Abstract

Production of investment castings comprises joining model components of different sizes from a storage vessel to form a model; embedding in sand in a mold box; breaking down into its constituents after removing from the mold; and returning to the storage vessel. Preferred Features: The model components are made from wood, other bio material or plastic.

Description

Description of the prior art

Dem allgemein verfügbaren Stande der Technik nach ist bekannt, dass Sandgießformen erzeugt werden, indem zuvor ein Modell gebaut wird, dass die Formen des Gussteiles abbildet und die gießtechnischen Schwindvorgänge berücksichtigt. Dieses Modell wird mit Sand umgeben, der verdichtet wird und den eine gießtechnische Vorrichtung zusammenhält, z. B. ein Formkasten. Eine kostengünstigere Abwandlung entsteht durch ein Verfahren (Offenlegungsschrift DE 40 38 090 - Herstellungsverfahren von Achsbrückengehäusen), bei dem Modelle modular aus einzelnen austauschbaren Segmenten zusammengesetzt sind. It is known from the generally available prior art that sand molds are produced by building a model that shows the shapes of the casting and the casting shrinkage. This model is surrounded with sand that is compressed and which holds a casting device together, e.g. B. a molded box. A more cost-effective modification results from a method (laid-open specification DE 40 38 090 - Manufacturing process of axle bridge housings), in which models are made up of individual modules interchangeable segments are composed.

Aus (Gebhardt, Andreas: Rapid Prototyping, München, Wien: Carl Hanser Verlag, 1996; Patentschrift DE 42 44 579 - Verfahren zur werkzeuglosen Herstellung von dreidimensionalen Formkörpern durch Stereolithographie) u. a. ist ferner bekannt, dass prototypische Bauteile in kurzer Zeit mittels eigens dafür ausgelegter Vorrichtungen hergestellt werden können. Es existieren mehrere technologische Verfahren. Bei diesen Verfahren wird ein Urformprozess sequentiell realisiert, indem dünne Schichten Materials (Material verfahrensabhängig) nacheinander in einem zyklisch ablaufenden Prozess entweder verfestigt, verbunden oder gefügt und vom Band- oder Tafelmaterial getrennt werden. Die räumliche Ausdehnung einer Schicht des Bauteils und die Schichtanzahl werden aus dem virtuellen CAD-Modell im Computer ermittelt. Nachdem alle Schichten aufgebaut sind, wird das entstandene Bauteil von unnötigen Partien befreit (z. B. Stützgeometrie, Restmaterial) und endbearbeitet. Das Bauteil kann als Modell für den Sandguss ausgelegt worden sein. Dieses Verfahrensprinzip wird auch der direkten Herstellung von Sandgießformen zugrunde gelegt. Ein Spezialsand (Croning-Verfahren) wird durch Lasereinwirkung nach dem zuvor beschriebenen Vorgehensweise versintert - Lasersintern (Junior, V.: Hin zum Rapid Manufacturing. KEM (2000) 11, S. 73-75). Da die Sandgießform direkt aus dem rechnerinternen Modell heraus entsteht, ist das in der Sandformerei sonst übliche Holzmodell nicht erforderlich. So hergestellte Formen nutzt man, um prototypische Bauteile während des Produktentwicklungsprozesses zu erzeugen. Für die spätere Serienfertigung werden der kostengünstigeren Herstellung der Gussteile wegen Holzmodelle oder Metall-Formen (Druckguss) angefertigt. Aus (Gebhardt, Andreas: Rapid Prototyping, Munich, Vienna: Carl Hanser Verlag, 1996; Patent DE 42 44 579 - Method for the tool-free production of three-dimensional Shaped bodies by stereolithography) u. a. is also known to be prototypical components in a short time can be manufactured using specially designed devices. There are several technological processes. With these methods, a primary molding process is implemented sequentially, by adding thin layers of material (material depending on the process) one after the other in a cyclical manner process either solidified, joined or joined and made of strip or sheet material be separated. The spatial extent of a layer of the component and the number of layers are determined from the virtual CAD model in the computer. After all layers the resulting component is freed of unnecessary parts (e.g. support geometry, Residual material) and finished. The component can be designed as a model for sand casting. This principle of the process is also the basis for the direct production of sand casting molds placed. A special sand (croning process) is made by laser exposure after the previous one described procedure sintered - laser sintering (Junior, V .: Towards Rapid Manufacturing. KEM (2000) 11, pp. 73-75). Since the sand mold directly from the computer-internal model arises, the usual wooden model in sand molding is not necessary. So made Shapes are used to prototype components during the product development process produce. For later series production, the more cost-effective production of the cast parts made for wooden models or metal molds (die casting).

Ein weiteres technisches Verfahren (Offenlegungsschrift 1982 5448 - Verfahren und Vorrichtung zum direkten Herstellen einer verlorenen Gießform für Gussstücke aus Metall; N. N.: Casting Doubt Aside. Innovation & Technology Transfer (2001) 1, p. 14-15) sieht vor, aus aushärtbaren Gießereiformstoffen mit aushärtbaren Bindemitteln eine Rohform herzustellen, die die Sollkontur und eine Bearbeitungszugabe einschließt und die anschließend durch HSC-Bearbeitung, Fräsen oder 3D-Bearbeitung von Freiformflächen in die Gießform überführt wird. Für die Bearbeitung lässt sich ein Schaftwerkzeug (Patentschrift DE 199 28 840 - Schaftwerkzeug mit fest angeordnetem flügelartigen Einsätzen) benutzen, um die Gießform aus nicht spanbildenden Werkstoffen herzustellen. Another technical method (laid-open specification 1982 5448 - method and device for the direct production of a lost mold for metal castings; N. N .: Casting Doubt Aside. Innovation & Technology Transfer (2001) 1, p. 14-15) provides for curable Foundry molding materials with curable binders produce a raw shape that conforms to the target and includes a machining allowance and then by HSC machining, milling or 3D processing of free-form surfaces is transferred to the casting mold. For editing can be a shaft tool (patent DE 199 28 840 - shaft tool with fixed arranged wing-like inserts) to make the mold from non-chip-forming materials manufacture.

Ohne ein physisches Modell kommt das Verfahren mit Walzeinrichtung für den Formstoff aus (Patentschrift DE 198 51 224 - Verfahren zum Herstellen von definierten Freiformflächen in Formstoff und Vorrichtung zum Ausführen derselben). Dabei wird der Formstoff über eine Auftragseinrichtung auf einen Auftragsgrund aufgebracht. Die definierten Freiformflächen werden im Formstoffmittels einer Walzeinrichtung geformt. The process does not require a physical model with a rolling device for the molding material (Patent specification DE 198 51 224 - Method for producing defined free-form surfaces in Molding material and device for carrying out the same). The molding material is a Application device applied to an order reason. The defined freeform surfaces are in Molding molded by means of a rolling device.

Nachteile des bekannten Standes der TechnikDisadvantages of the known prior art

Der vorangehend beschriebene Stand der Technik hat den Nachteil, dass entweder ein teures Holzmodell gebaut werden muss, das nach Änderungen am Erzeugnis in den folgenden Schritten des Produktentwicklungsprozesses nicht weiter verwendet werden kann, oder eine teure Lasersinteranlage und Spezialsand oder aushärtbarer Sand benutzt werden müssen oder beim Walzen von Formsand filigranere Formen nicht entstehen können. The prior art described above has the disadvantage that either an expensive Wooden model must be built after making changes to the product in the following steps of the product development process can no longer be used, or an expensive one Laser sintering equipment and special sand or hardenable sand must be used or when rolling Molding sand filigree shapes can not arise.

Object of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die verlorene Gießform aus üblichem Formsand ohne konturgetreues Modell herzustellen, d. h. zunächst ein voxelartiges Modell aus Modellbausteinen aufzubauen, das die Form des Gussteils möglichst weit annähert, die Gießrohform damit zu fertigen, mit einer Vorrichtung die Kontur der Gießform endgültig herauszuarbeiten und schließlich noch mit in der Sandformerei üblichen Hilfsmitteln zu glätten. The object of the invention is to remove the lost casting mold from conventional molding sand produce a true-to-contour model, d. H. first a voxel-like model made of model blocks build up that approximates the shape of the casting as far as possible, the casting raw form finished, finally work out the contour of the mold with a device and finally smoothing with the usual tools in sand molding.

Advantages of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein die Kontur des Gussteils approximierendes Modell (Approxi-Modell) aus Modellbausteinen zusammengefügt wird. Die Modellbausteine haben unterschiedliche Größe und füllen voxelartig den Modellraum. Ausgangspunkt des Verfahrens und der Vorrichtung ist das CAD-Modell des zu gießenden Bauteils. Ein Rechnerprogramm ermittelt auf Grund des CAD-Modells die Füllung des Modellraums mit Modellbausteinen. Das Programm bestimmt die verschiedenen Größen und die jeweilige Anzahl der Modellbausteine, die den Modellraum ausfüllen und miteinander verbunden werden, Letzteres um den Zusammenhalt des Approxi-Modells zu sichern. Die die äußere Hülle bildenden Modellbausteine haben Auszugsschrägen. This object is achieved in that the contour of the cast part approximating model (approxi-model) is assembled from model blocks. The Model blocks have different sizes and fill the model space voxel-like. starting point of the method and the device is the CAD model of the component to be cast. On Computer program determines the filling of the model space based on the CAD model Model blocks. The program determines the different sizes and the respective number of Model blocks that fill the model space and are connected to each other, the latter around the To ensure cohesion of the approxi model. The model building blocks that form the outer shell have bevels.

Zur erfindungsgemäßen Lösung gehört, dass das Approxi-Modell in herkömmlicher Weise mit Sand umfüllt, dieser verdichtet und von einem Formkasten zusammengehalten wird, dass das Approxi-Modell entformt und zerlegt, die Bausteine in den Bausteinvorrat zurückgelegt und die Gießrohform mit einem erfindungsgemäßen Fingerlöffel weiter ausgearbeitet wird. Der Fingerlöffel baggert das (bezogen auf die Endkontur) überschüssige Material ab. Dazu werden Fingerlöffel unterschiedlichen Durchmessers eingesetzt. Die Feinheit der Kontur bestimmt den Durchmesser des Fingerlöffels. Der Fingerlöffel ist hohl. Er besitzt eine Zunge und einen beweglichen Löffel, der den überschüssigen Sand abbaggert. Der lose Sand wird im Inneren des Löffels abgeführt. Der Fingerlöffel wird an der Kontur der Gießform von einer numerischen Steuerung aufeinanderfolgend positioniert. Die Positionen werden aus dem CAD-Modell ermittelt. Die endgültige Kontur der Gießform wird mit herkömmlichen Hilfsmitteln der Sandformerei geglättet. It is part of the solution according to the invention that the approxi model is used in a conventional manner Sand is poured over, compacted and held together by a molding box that the Approxi-model demolded and disassembled, the building blocks returned to the building block stock and the Gießrohform is further elaborated with a finger spoon according to the invention. The Finger spoon dredges the excess material (based on the final contour). To do this, use finger spoons different diameters used. The delicacy of the contour determines the diameter of the finger spoon. The finger spoon is hollow. It has a tongue and a movable spoon, that dredges the excess sand. The loose sand is drained off inside the spoon. The Finger spoon is on the contour of the mold by a numerical control positioned consecutively. The positions are determined from the CAD model. The final outline The mold is smoothed using conventional sand molding tools.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass konturgetreue, teure Holzmodelle, mit denen die Gießform ausgebildet wird, nicht notwendig sind, weil die Gießform aus dem Sand ausgebaggert wird, wobei ein Löffel zum Einsatz kommt, der sich um eine Achse im Hohlfinger bewegt. Um den Abtragaufwand gering zu halten, wird der Hohlraum der Gießform zunächst grob angenähert. Das dazu gehörige approximierende Modell wird aus wiederverwendbaren Modellbausteinen unterschiedlicher Größe nach einem Schema zusammengefügt, welches ein Rechnerprogramm auf der Basis der verfügbaren Bausteingrößen ermittelt. Weitere Vorteile sind, dass herkömmlicher Formsand verwendet werden kann und dass die Zeit bis zum Prototypenguss verkürzt wird, verglichen mit dem weit verbreiteten Verfahren zur Sandgießformenherstellung. The advantages achieved with the invention are that true-to-contour, expensive wooden models, with which the mold is formed are not necessary because the mold is made of sand is dredged, using a spoon that extends around an axis in the hollow finger emotional. In order to keep the removal effort low, the cavity of the casting mold is first roughly approximated. The corresponding approximating model becomes reusable Model blocks of different sizes put together according to a scheme, which a Computer program determined on the basis of the available block sizes. Other advantages are that conventional molding sand can be used and that the time to prototype casting is shortened compared to the widespread method of making sand molds.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen der ErfindungDescription of exemplary embodiments of the invention

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen An embodiment of the invention is shown in the following drawings and will described in more detail below. Show it

Fig. 1 das erfindungsgemäße voxelartige Zusammensetzen von Modellbausteinen zu einem Approxi-Modell, Fig. 1 of the invention voxelartige assembling the building blocks of the model to a Approxi model,

Fig. 2 das Aufsetzen des Formkastens auf die Unterlage mit dem Approximationsmodell, Fig. 2 shows the placing of the molding box on the pad with the approximation model,

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen voxelartigen Modellbaustein in 3 Ansichten mit Verbindungsstift, FIG. 3 is a voxelartigen model component according to the invention in three views with connecting pin,

Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Fingerlöffel, Fig. 4 shows a finger spoon according to the invention,

Fig. 5 das erfindungsgemäße Baggern der approximierten Sandgießform zur Endform. Fig. 5 excavators according to the invention approximated the sand mold into the final form.

Ausgangspunkt des Verfahrens ist das CAD-Modell eines herzustellenden Bauteils. Ein zum Verfahren zu entwickelndes Rechnerprogramm lädt die Daten des CAD-Modells in den Hauptspeicher ein. Es ist so ausgelegt, dass es das CAD-Modell in würflige Raumelemente (Voxel) zerlegt, und zwar so, dass die räumlich frei geformte Fläche möglichst gut angenähert wird. Die Voxel haben eine vorgegebene Standardgröße. Danach fügt das Rechnerprogramm, wo es möglich ist, mehrere kleinere Voxel zu einem nächstgrößeren zusammen und bestimmt die einhüllenden Voxel mit Auszugsschrägen. Im Gefolge dessen entsteht auch eine Liste, die die benutzten, verschieden großen Voxel und deren Anordnung im Raum ausweist. Als Pendant zu den virtuellen Voxeln existieren physisch vorhandene, verschieden große, aufeinander abgestimmte Modellbausteine. An Hand der Liste, erstellt von dem zuvor genannten Rechnerprogramm, baut der Former in der Gießerei aus den Modellbausteinen ein Modell auf, wie es Fig. 1 zeigt. Es approximiert die Grießform. The starting point of the process is the CAD model of a component to be manufactured. A computer program to be developed for the method loads the data of the CAD model into the main memory. It is designed in such a way that it breaks down the CAD model into cubic spatial elements (voxels) in such a way that the freely shaped surface is approximated as closely as possible. The voxels have a predefined standard size. The computer program then, where possible, combines several smaller voxels into a next larger one and determines the enveloping voxels with bevels. As a result, a list is created that shows the voxels of different sizes and their arrangement in the room. As a counterpart to the virtual voxels, there are physically existing, differently sized, coordinated model building blocks. On the basis of the list, created by the previously mentioned computer program, the former builds a model from the model blocks in the foundry, as shown in FIG. 1. It approximates the semolina.

Fig. 1 zeigt in der untersten Schicht 1 großen und 6 kleine Modellbausteine, in der mittleren den großen, der schon in der untersten Schicht vorhanden ist, und in der obersten Schicht 1 kleinen Modellbaustein. Fig. 1 shows in the bottom layer 1 large and 6 small model components, the one who is in the middle large already at the lowest layer exists, and small in the top layer 1 model block.

Der Zusammenhalt der Modellbausteine wird im Ausführungsbeispiel über in die Modellbausteine eingesteckte "Verbindungsstifte" gesichert (siehe Fig. 3). The cohesion of the model blocks is ensured in the exemplary embodiment by means of "connecting pins" inserted into the model blocks (see FIG. 3).

Das aus den zusammengesteckten Modellbausteinen entstandene Approxi-Modell (weil es die zu erreichende Gießform nur annähert) stellt der Former in einen Formkasten (siehe Fig. 2), der auf einer Unterlage steht und den er mit Gießereiformsand füllt. Letzteren verdichtet er mit bekannten Hilfsmitteln. Nach diesem Arbeitsvorgang wendet er den Formkasten und entformt das Approxi- Modell. Er zerlegt es in die Modellbausteine und Verbindungsstifte. Die einzelnen Elemente legt er in den Vorrat der Modellbausteine zurück. The approxi-model created from the assembled model building blocks (because it only approximates the casting mold to be reached) is placed in a molding box (see FIG. 2), which stands on a base and which it fills with foundry mold sand. The latter he compresses with known tools. After this process, he turns the molding box and demoulds the Approxi model. He breaks it down into the model building blocks and connecting pins. He puts the individual elements back in the stock of model blocks.

Den Formkasten mit der zuvor geschaffenen Sandgießrohform stellt er auf eine Bearbeitungseinrichtung, die einen erfindungsgemäßen Fingerlöffel (siehe Fig. 4) numerisch gesteuert führt. Der Fingerlöffel wird an die Sandgießrohform - "approximierte Sandgießform" - positioniert. Dabei dringt eine "Zunge" in die Kontur der Sandgießrohform leicht ein. Ein mechanisch bewegter "Löffel" baggert eine Partie Sand von der Sandgießrohform ab. Danach positioniert die Bearbeitungseinrichtung den Fingerlöffel an die nächste Position der Kontur der künftigen Sandgießform und wiederholt den Baggervorgang. Das setzt sich so fort, bis die Kontur der Sandgießform vollständig erzeugt wurde. Der Fingerlöffel wird dabei, den Anforderungen der Kontur entsprechend, in horizontaler und vertikaler Richtung platziert und um seine Längsachse gedreht. He places the molding box with the sand casting raw mold previously created on a processing device which guides a finger spoon according to the invention (see FIG. 4) in a numerically controlled manner. The finger spoon is positioned on the raw sand casting mold - "approximated sand casting mold". A "tongue" easily penetrates the contour of the raw sand casting mold. A mechanically moved "spoon" drags a batch of sand from the sand casting mold. The processing device then positions the finger spoon at the next position on the contour of the future sand mold and repeats the excavation process. This continues until the contour of the sand mold has been created completely. The finger spoon is placed in the horizontal and vertical direction according to the requirements of the contour and rotated about its longitudinal axis.

Eine "Absaugeinrichtung" entfernt den abgebaggerten Sand aus der Wirkzone. A "suction device" removes the excavated sand from the effective zone.

Zum Schluss glättet der Former die Sandgießform mit bekannten Hilfsmitteln und führt den Anschnitt aus. Finally, the former smoothes the sand mold using known tools and guides it Bleed off.

Claims

1. Method and device for producing lost casting molds by processing raw molds produced from conventional foundry molding sand and for producing the casting raw molds, characterized in that model blocks of different sizes are combined from a multipurpose supply to form a model approximating the casting mold (approxi-model) the Approxi model is embedded in sand in the mold box (manufacture of the raw sand casting mold) and after demoulding is broken down into its components and returned to the stock of the model building blocks, the excess molding material of the resulting raw sand casting mold is dredged up with a finger spoon, except for the sand casting mold the mold surface is smoothed with the usual tools in sand molding.

2. The method and device according to claim 1, characterized in that the model blocks made of wood, another biomaterial or are made of plastic.

3. The method and device according to claim 1, characterized in that the model blocks for securing the position with each other are connected.

4. The method and device according to claim 1, characterized in that the model blocks form a module insert, have coordinated sizes and some of them because of the excavation of the Approxi-model have bevels.

5. The method and device according to claim 1 and 4, characterized in that the model blocks from a stock according to size and Number according to the CAD model of the component to be cast computer-aided selection, so that a physical casting model approximating this (Appoxi model) can be built, which later a minimum amount removable material and at the same time approximates the casting mold as best as possible, and the selection results are displayed in a plan or a list.

6. The method and device according to claim 1, characterized in that the finger spoon by a numerical control device is gradually positioned along the contour that comes from the CAD model is derived.

7. The method and device according to claim 1, characterized in that the finger spoon is rotatable about its axis and the rotational position can be controlled numerically.

8. The method and device according to claim 1, characterized in that finger spoons of different diameters are used come, the shape of the contour determines the current size.

9. The method and device according to claim 1, characterized in that the finger spoon is hollow on the inside, one in the end Sand casting mold penetrating tongue and inside has a movable spoon, that drags the sand off the sand casting mold.

10. The method and device according to claim 1, characterized in that the finger spoon has a device that the removes removed molding sand from the active zone.

11. Connection to secure the position of the model blocks according to claim 3, characterized in that the model blocks for securing the position with each other are connected by pins.

12. Connection for securing the position of the model blocks according to claim 3, characterized in that the model blocks for securing the position with each other are connected by Velcro.