DE102015108235A1

DE102015108235A1 - Verfahren zur Herstellung von Oberflächenbereiche von in der Gießereitechnik eingesetzten Gießmodellen abdeckenden Formteilen

Info

Publication number: DE102015108235A1
Application number: DE102015108235.7A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Ortlauf; Jörg Schäfer; Thomas Schäfer
Original assignee: GTP Schaefer Giesstechnishe Produkte GmbH
Current assignee: GTP Schaefer Giesstechnishe Produkte GmbH
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: DE102015108235B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächenbereiche von in der Gießereitechnik eingesetzten Gießmodellen abdeckenden Formteilen, wobei die Formteile aus einem exothermen oder einem isolierenden Material oder aus einer Kombination dieser Materialien bestehen und mittels des schichtweisen Auftrags des Materials oder der Materialien mit oder ohne den Einsatz eines zusätzlichen Bindersystems mittels eines datengesteuerten 3D-Druckers hergestellt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächenbereiche von in der Gießereitechnik eingesetzten Gießmodellen abdeckenden Formteilen, wobei die Formteile aus einem exothermen oder einem isolierenden Material oder aus einer Kombination dieser beiden Materialien bestehen.
In der Gießereitechnik ist es häufig notwendig, in den Gießformen zusätzliche Speiser anzuordnen, die sich beim Abguss des Gussstückes mit dem flüssigen Metall füllen und bei der Erstarrung des Gussstückes auftretende Volumendefizite ausgleichen, um eine Lunkerbildung im Gussstück zu verhindern. Dazu müssen die Speiser so beschaffen sein, dass das darin eingespeiste flüssige Metall später als das Gussstück erstarrt, damit während des Erstarrungsvorganges ein Materialtransport zum Gussstück hin stattfinden kann, der das Gussstück dichtspeist. Hierzu bestehen die Speiser aus einem exothermen und/oder isolierenden Material. Im Rahmen von bekannten Verfahren zur Herstellung von mit Speisern versehenen Gießformen werden die Speiser mit einer beliebigen geometrischen Form auf das Gießmodell, und zwar auf oder an die zu speisende Stelle des späteren Gussstücks gestellt. Dabei werden Speiser üblicherweise an den Stellen eines Gießmodells positioniert, an denen im Gießmodell größere, beim Abguss mit dem flüssigen Metall vollständig zu füllende Hohlräume ausgebildet sind. Dies führt dazu, dass in Abhängigkeit von der räumlichen Ausbildung des späteren Gussstücks eine Mehrzahl von Speisern eingesetzt werden muss. Um die Anzahl der einzusetzenden Speiser möglichst gering zu halten, ist es bereits bekannt, auf der Oberfläche eines Gießmodells aus einem exothermen und/oder isolierenden Material bestehende Formteile, sogenannte Pads, aufzulegen, die dafür sorgen, dass in den davon abgedeckten Bereichen des durch das Entformen des Gießmodells vor dem Abguss geschaffenen Formhohlraums die Fließwege für das flüssige Metall zu und von einem Speiser weg durch eine Verzögerung der Erstarrung des in den Fließwegen anstehenden Metalls länger offen gehalten wurden. Somit sind von einem einzigen Speiser aus auch davon weiter entfernt liegende Bereiche eines Formhohlraums erreichbar. Die entsprechenden Formteile werden dabei entweder lediglich an einen Speiser angesetzt, und sie bilden in sich einen Brechkernbereich mit einem die Verbindung zwischen dem Formhohlraum und dem inneren Speiservolumen herstellenden Loch aus und sind mit diesem Brechkernbereich zwischen dem darauf aufgesetzten Speiser und der Oberfläche des Gießmodells angeordnet.
Die entsprechenden Formteile werden gemäß dem heute bekannten Stand der Technik in sogenannten Kernschießmaschinen geschossen.
Mit dem bekannten Herstellungsverfahren ist der Nachteil verbunden, dass jeweils für die Herstellung der von der Gießereiindustrie in unterschiedlichen Formen und Abmessungen nachgefragten Formteile einzelne Formen hergestellt und vorgehalten werden müssen, wodurch die Produktion der Formteile in jeweils größtmöglichen Stückzahlen bedingt ist. Dem gegenüber ist ein immer stärkeres Bedürfnis der Gießereiindustrie zu erkennen, für komplizierte Gussteilgeometrien auch entsprechend auf den Einsatz von Speisern ausgelegte Formteile einsetzen zu können, die nicht in einer ausreichend großen Stückzahl benötigt werden, um dafür auch entsprechende Formen herstellen und vorhalten zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächenbereiche von in der Gießereitechnik eingesetzten Gießmodellen abdeckenden Formteilen anzugeben, welches bereits für geringe Stückzahlen wirtschaftlich einsetzbar und flexibel bezüglich der Gestalt der nachgefragten Formteile ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.
Die Erfindung sieht im Einzelnen ein Verfahren vor, bei welchem die aus einem exothermen oder einem isolierenden Material oder aus einer Kombination dieser beiden Materialien bestehenden Formteile mittels des schichtweisen Auftrags des Materials oder der Materialien mit oder ohne den Einsatz eines zusätzlichen Bindersystems mittels eines datengesteuerten 3D-Druckers hergestellt werden. Hierbei sind als Bindersysteme unter anderem, flüssige, unter Wärmeeinwirkung oder auch gasförmig aushärtende Binder bekannt. Die im Einzelfall erforderliche Einwirkung von Wärme und/oder eines entsprechenden Gases kann während oder im Anschluss an den Druckvorgang erfolgen.
Die Fertigungstechnik der Herstellung von Gegenständen mittels eines 3D-Druckers ist an sich bekannt. Hierbei werden die Gegenstände in einem 3D-Drucker schichtweise aufgebaut. Dieser Aufbau erfolgt datengesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen Werkstoffen nach vorgegebenen Maßen und Formen, wobei bei dem Aufbau physikalische oder chemische Härtungs- oder Schmelzprozesse stattfinden. Soweit als typische Werkstoffe für die Anwendung dieses generativen Fertigungsverfahrens Kunststoffe, Sand, Kunstharze, Keramiken und Metalle genannt werden, schlägt die Erfindung nunmehr auch den Einsatz von exothermen und/oder isolierenden Materialien einschließlich eines geeigneten Bindersystems vor, sodass mit diesem Material auf den an sich bekannten 3D-Druckern die Teilbereiche von Gießmodellen abdeckenden Formteile hergestellt werden können. Mit diesem Fertigungsverfahren ist der Vorteil verbunden, dass auch Kleinserien von Formteilen wirtschaftlich hergestellt werden können und dass auch die Fertigung von komplexen Bauformen entsprechender Formteile ermöglich ist.
Vorzugsweise liegen die Materialien für die Herstellung der Formteile in pulverförmiger Form mit einer auf das Druckverfahren abgestimmten Kornverteilung vor. Die Körnung der Rohstoffe bzw. der einzelnen Rohstoffbestandteile einer exothermen und/oder isolierenden Mischung muss auf das anzuwendende Druckverfahren derart abgestimmt werden, dass zum einen das pulverförmige Gemisch gleichmäßig dünn mechanisch und schichtweise aufgetragen werden kann, und dass zum anderen ein eingesetzter Binder eine stabile Verbindung der einzelnen Körner der Rohstoffmischung sicherstellen kann.
Soweit exothermes Material verarbeitet werden soll, ist vorgeschlagen, dass die Prozesstemperatur beim 3D-Druckvorgang unterhalb der Entzündungstemperatur des exothermen Materials gehalten wird.
Soweit ein isolierendes Material zum Einsatz kommt, ist vorgesehen, dass die Prozesstemperatur beim 3D-Druckvorgang so eingestellt wird, dass die Isolierwirkung des eingesetzten Materials nicht beeinträchtigt ist. Insbesondere beim Einsatz eines isolierenden Materials ist erfindungsgemäß der schichtweise Materialauftrag so einzustellen, dass in dem fertigen Formteil keine die Wärmeleitung innerhalb des Formteils erhöhenden Binderbrücken gebildet sind.
Schließlich ist vorgesehen, dass das bei der Herstellung des Formteils eingesetzte Bindersystem so geschaffen ist, dass einerseits eine ausreichende Festigkeit des damit hergestellten Formteils gegeben ist und/oder dass andererseits das Formteil im Hinblick auf die Trennung des das Formteil bildenden Materials vom fertigen Gussstück günstige Zerfallseigenschaften aufweist.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zusammenfassung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Oberflächenbereiche von in der Gießereitechnik eingesetzten Gießmodellen abdeckenden Formteilen, wobei die Formteile aus einem exothermen oder einem isolierenden Material oder aus einer Kombination dieser Materialien bestehen und mittels des schichtweisen Auftrags des Materials oder der Materialien mit oder ohne den Einsatz eines zusätzlichen Bindersystems mittels eines datengesteuerten 3D-Druckers hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Materialien in pulverförmiger Form mit einer auf das Druckverfahren abgestimmten Kornverteilung vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem beim Einsatz eines exothermen Materials die Prozesstemperatur beim 3D-Druckvorgang unterhalb der Entzündungstemperatur des exothermen Materials gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem beim Einsatz eines isolierenden Materials die Prozesstemperatur beim 3D-Druckvorgang so eingestellt wird, dass die Isolierwirkung des eingesetzten Materials nicht beeinträchtigt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, bei welchem beim Einsatz eines isolierenden Materials der schichtweise Materialauftrag derart eingestellt wird, dass in dem fertigen Formteil keine die Wärmeleitung innerhalb des Formteils erhöhenden Binderbrücken gebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem ein bei der Herstellung des Formteils eingesetztes Bindersystem so beschaffen ist, dass einerseits eine ausreichende Festigkeit des damit hergestellten Formteils gegeben ist und/oder dass andererseits das Formteil im Hinblick auf die Trennung des das Formteil bildenden Materials vom fertigen Gussstück günstige Zerfallseigenschaften aufweist.