DE102020209100A1 - Process for the production of sand cores that can be used for foundry purposes - Google Patents
Process for the production of sand cores that can be used for foundry purposes Download PDFInfo
- Publication number
- DE102020209100A1 DE102020209100A1 DE102020209100.5A DE102020209100A DE102020209100A1 DE 102020209100 A1 DE102020209100 A1 DE 102020209100A1 DE 102020209100 A DE102020209100 A DE 102020209100A DE 102020209100 A1 DE102020209100 A1 DE 102020209100A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- mold
- sand
- core
- mixture
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000003110 molding sand Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 229910016006 MoSi Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910020968 MoSi2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical group [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000012671 ceramic insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
- B22C7/06—Core boxes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
- B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
- B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
- B22C1/186—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents contaming ammonium or metal silicates, silica sols
- B22C1/188—Alkali metal silicates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
- B22C7/06—Core boxes
- B22C7/065—Venting means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
- B22C7/06—Core boxes
- B22C7/067—Ejector elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
Abstract
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Sandkernen wird in einer Kernschießanlage ein Formwerkzeug (2), dessen Innenkontur der Außenkontur mindestens eines herzustellenden Sandkernes entspricht, das aus einem elektrisch leitenden keramischen Werkstoff besteht, mit einem Gemisch (1) aus Formsand und einem elektrisch leitfähigem Bindemittel befüllt. Nach dem Befüllen wird an das Formwerkzeug (2) eine elektrische Spannung angelegt, so dass sich das Formwerkzeug (2) auf eine vorgebbare erste Temperatur erwärmt;. Nach Erreichen der vorgebbaren ersten Temperatur wird der elektrische Stromfluss zum Formwerkzeug (2) abgeschaltet und über elektrisch isoliert zum Formwerkzeug (2) angeordnete Elektroden (5.3), die an die oder eine gesonderte elektrische Spannungsquelle angeschlossen sind, fließt ein elektrischer Strom durch das aus Formsand und Bindemittel gebildete Gemisch (1), so dass das Gemisch (1) auf eine zweite vorgebbare Temperatur erwärmt und nach Erreichen der zweiten vorgebbaren Temperatur, bei der der/die mit dem Gemisch gebildete(n) Sandkern(e) eine ausreichende Festigkeit erreicht hat/haben, wird der elektrische Stromfluss durch den/die gebildete(n) Sandkern(e) beendet und der/die Sandkern(e) wird/werden mit einem oder mehreren Ausstoßbolzen (6), die durch das Formwerkzeug (2) geführt sind, aus dem Formwerkzeug (2) entfernt.In the process for the production of sand cores, a mold (2) whose inner contour corresponds to the outer contour of at least one sand core to be produced, which consists of an electrically conductive ceramic material, is filled with a mixture (1) of molding sand and an electrically conductive binding agent in a core shooting system . After filling, an electrical voltage is applied to the mold (2), so that the mold (2) heats up to a predeterminable first temperature. After the predeterminable first temperature has been reached, the electric current flow to the mold (2) is switched off and an electric current flows through the mold sand via electrodes (5.3) which are electrically isolated from the mold (2) and are connected to the or a separate electric voltage source and binder formed mixture (1), so that the mixture (1) is heated to a second predeterminable temperature and after reaching the second predeterminable temperature at which the sand core(s) formed with the mixture has reached sufficient strength /have, the flow of electric current through the formed sand core(s) is/are terminated and the sand core(s) is/are connected with one or more ejector bolts (6), which are guided through the mold (2), removed from the mold (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sandkernen, die für Gießereizwecke einsetzbar sind, wobei die Sandkerne mit einer Kernschießmaschine möglichst effizient und gesundheitlich unbedenklich hergestellt werden sollen.The invention relates to a method for producing sand cores that can be used for foundry purposes, with the sand cores being produced as efficiently and harmlessly as possible with a core shooter.
Insgesamt erfolgt heute 90 % der Gussteilproduktion durch Sandkerne auf Basis von Quarzsand, mit denen die Generierung von Hohlräumen der Gussteile ermöglicht wird. Demzufolge kommt sowohl Quarzsand als Formgrundstoff, als auch dem verwendeten Herstellungsverfahren eine sehr große Bedeutung in der Gussproduktion zu. Das heute gängigste Verfahren für die Kernfertigung aus Sand ist das so genannte Kernschießen. Dabei wird der Kernkasten durch schlagartiges Entspannen eines großen Luftvolumens gefüllt. Die Formstoffmischung (Kernsand) wird dabei durch Fluidisieren fließfähig. Es entsteht eine Zweiphasenströmung, durch die der Kernsand transportiert wird und so die Kernkontur abbildet. Aufgrund der sehr kurzen Zeitdauer von 0,3 s bis 0,8 s, wird der gesamte Prozess als Kernschießen bezeichnet.In total, 90% of cast parts are produced today using sand cores based on quartz sand, which enable the generation of cavities in the cast parts. As a result, both quartz sand as the basic mold material and the manufacturing process used are of great importance in casting production. Today's most common method for core production from sand is the so-called core shooting. The core box is filled by suddenly decompressing a large volume of air. The mold material mixture (core sand) becomes flowable through fluidization. A two-phase flow is created through which the core sand is transported and thus forms the core contour. Due to the very short duration of 0.3 s to 0.8 s, the entire process is referred to as core shooting.
Am Markt hat sich für den Prozess des Kernschießens das so genannte Cold-Box-Verfahren etabliert. Es ist das am häufigsten verwendete Verfahren zur Herstellung von Sandkernen. Das zum Großteil aus Quarzsand bestehende Sandgemisch wird dabei nach dem Abbilden der Kernkontur mittels chemischer Reaktionen von Amin-Gasen bei Raumtemperatur ausgehärtet. Die für das Cold-Box-Verfahren benötigten organischen Bindemittel sind jedoch umweltschädigend und giftig. Die Substitution dieses Verfahrens durch ein ökologisch unbedenkliches Verfahren zur Herstellung von Sandkernen ist eine noch offene Aufgabe. Voraussetzung für eine erfolgreiche Substitution ist es, dass das neue Verfahren schneller und kostengünstiger ist.The so-called cold box method has established itself on the market for core shooting. It is the most common method used to manufacture sand cores. The sand mixture, which consists largely of quartz sand, is hardened at room temperature by means of chemical reactions of amine gases after the core contour has been reproduced. However, the organic binders required for the cold box process are harmful to the environment and toxic. Substituting this process with an ecologically harmless process for the production of sand cores is still an open task. A prerequisite for a successful substitution is that the new process is faster and cheaper.
Das bisher auch genutzte Hot-Box-Verfahren nutzt thermisch aushärtbare Binder, ist aber hinsichtlich der Taktzeit deutlich langsamer als das Cold-Box-Verfahren. Die erforderliche Temperaturerhöhung wird durch Beheizung der Kernwerkzeuge mit externen Heizelementen (Gas, Öl, Flüssigheizungen, elektrische Heizpatronen) realisiert.The hot-box process that has also been used to date uses thermally curable binders, but is significantly slower than the cold-box process in terms of cycle time. The necessary increase in temperature is achieved by heating the core tools with external heating elements (gas, oil, liquid heaters, electric heating cartridges).
Gemäß
Ebenso wird in
Die lokale Erwärmung des Kerns im Außenbereich führt zu einer ungleichmäßigen und zeitlich verzögerten Aushärtung. Großvolumige oder komplex geformte Kerne sind qualitativ unzureichend ausgehärtet und erfüllen nicht ihre Funktion beim Gießprozess.The local heating of the core on the outside leads to uneven and delayed curing. Large-volume or complex-shaped cores are hardened with insufficient quality and do not fulfill their function in the casting process.
Eine deutliche Verbesserung sollte mit dem in
Formmaterial und Bindemittel müssen außerdem immer aufeinander abgestimmt sein, so dass bei einem Wechsel des Bindemittels in der Regel auch ein anderes Formmaterial gewählt werden muss, was die Flexibilität bei der Herstellung einschränkt.Molding material and binder must also always be coordinated with one another, so that when the binder is changed, a different mold material usually has to be selected, which limits flexibility in production.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die Herstellung von Sandkernen, die in der Gießereitechnik eingesetzt werden können, anzugeben, mit denen die Herstellung einfacher und flexibler möglich ist.It is therefore the object of the invention to specify options for the production of sand cores that can be used in foundry technology, with which production is possible in a simpler and more flexible manner.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, dass die Merkmale des Anspruchs 1 nutzt, gelöst.According to the invention, this object is achieved with a method that uses the features of
Die Erfindung greift oben genannte Probleme der Anpassung der elektrischen Widerstände von Formwerkzeug und Formsand sowie die prozessgerechte Zusammensetzung der Formsande auf.The invention takes up the above-mentioned problems of matching the electrical resistances of the molding tool and molding sand as well as the process-specific composition of the molding sand.
Erfindungsgemäß wird in einer Kernschießanlage ein Formwerkzeug, dessen Innenkontur der Außenkontur mindestens eines herzustellenden Sandkernes entspricht, das aus einem elektrisch leitenden keramischen Werkstoff besteht, mit einem Gemisch aus Formsand und einem elektrisch leitfähigem Bindemittel befüllt.According to the invention, a mold whose inner contour corresponds to the outer contour of at least one sand core to be produced, which consists of an electrically conductive ceramic material, is filled with a mixture of molding sand and an electrically conductive binder in a core shooting system.
Nach dem Befüllen wird an das Formwerkzeug eine elektrische Spannung angelegt, so dass sich das Formwerkzeug auf eine vorgebbare erste Temperatur erwärmt. Die vorgegebene erste Temperatur sollte so hoch sein, dass sie mindestens 80 % der Temperatur entspricht, bei der ein jeweiliger Sandkern im Formwerkzeug mit ausreichender Festigkeit ausgehärtet ist und die einer zweiten vorgebbaren Temperatur entsprechen sollte. Die zweite vorgegebene Temperatur wird im Wesentlichen vom jeweiligen Bindemittel ggf. in Verbindung mit der Wärmekapazität des jeweiligen Sandkerns bestimmt.After filling, an electrical voltage is applied to the mold so that the mold heats up to a predeterminable first temperature. The specified first temperature should be so high that it corresponds to at least 80% of the temperature at which a respective sand core has hardened in the mold with sufficient strength and which should correspond to a second specified temperature. The second predetermined temperature is essentially determined by the respective binder, possibly in conjunction with the thermal capacity of the respective sand core.
Nach Erreichen der vorgebbaren ersten Temperatur wird der elektrische Stromfluss zum Formwerkzeug abgeschaltet und über elektrisch isoliert zum Formwerkzeug angeordnete Elektroden, die an die oder eine gesonderte elektrische Spannungsquelle angeschlossen sind, fließt ein elektrischer Strom durch das aus Formsand und Bindemittel gebildete Gemisch, so dass das Gemisch auf eine zweite vorgebbare Temperatur erwärmt und nach Erreichen der zweiten vorgebbaren Temperatur, bei der der/die mit dem Gemisch gebildete(n) Sandkern(e) eine ausreichende Festigkeit erreicht hat, wird der elektrische Stromfluss durch den/die gebildete(n) Sandkern(e) beendet.After the predeterminable first temperature has been reached, the flow of electric current to the mold is switched off and an electric current flows through the mixture formed from molding sand and binder via electrodes which are arranged electrically insulated from the mold and are connected to the or a separate electric voltage source, so that the mixture heated to a second predeterminable temperature and after reaching the second predeterminable temperature, at which the sand core(s) formed with the mixture has/have reached sufficient strength, the electric current flow through the sand core(s) formed ( e) finished.
Die vorgebbare erste Temperatur sollte mindestens 150 °C und die vorgebbare zweite Temperatur sollte im Bereich 160 °C bis 300 °C gewählt werden.The predeterminable first temperature should be at least 150°C and the predeterminable second temperature should be in the range of 160°C to 300°C.
Es kann mit einer elektrischen Spannung von 40 V mit einer Leistung im Bereich 200 W bis 2000 W gearbeitet werden, wobei die am besten geeignete Leistung von der Form und Masse des jeweiligen Sandkerns abhängt.It can work with an electrical voltage of 40 V with a power in the range of 200 W to 2000 W, with the most suitable power depending on the shape and mass of the sand core in question.
Der/die Sandkern(e) können bevorzugt mit einem oder mehreren Ausstoßbolzen, die durch das Formwerkzeug geführt sind, aus dem Formwerkzeug entfernt werden.The sand core(s) can preferably be removed from the mold with one or more ejector bolts that are passed through the mold.
Ein Kompositwerkstoff, mit dem das Formwerkzeug gebildet ist, kann in verschiedenen Zusammensetzungen gemeinsam gesintert werden, so dass makroskopische Verbundwerkstoffkomponenten als Sandkerne hergestellt werden können. Damit ist es möglich, elektrisch isolierende, elektrisch leitende und definierte elektrische Widerstände innerhalb eines Stoffsystems als monolithische Keramikkomponente herzustellen. Die Verbindung dieser Eigenschaften macht es möglich eine Heizfunktion, eine Elektrodenfunktion und eine Isolationsfunktion in dem keramischen Formwerkzeug zu vereinen. Dadurch wird es möglich auf eine Anpassung des Formsandes mit dem Bindemittel an den elektrischen Widerstand des Formwerkzeugs zu verzichten. Das Formwerkzeug kann sehr schnell auf eine hohe erste Temperatur geheizt werden, da es thermoschockstabil ist. Durch diese Erwärmung kann das Bindemittel, insbesondere Wasserglas ggf. mit Zusätzen ebenfalls schnell in einen technisch nutzbaren Leitfähigkeitsbereich gebracht werden und härtet in kurzer Zeit aus, ohne dass Kohlenstoffzusätze erforderlich sind.A composite material with which the mold tool is formed can be co-sintered in different compositions so that macroscopic composite material components can be produced as sand cores. This makes it possible to produce electrically insulating, electrically conductive and defined electrical resistors within a material system as a monolithic ceramic component. The combination of these properties makes it possible to combine a heating function, an electrode function and an insulating function in the ceramic mold. This makes it possible to dispense with an adaptation of the molding sand with the binder to the electrical resistance of the mold. The mold can be heated very quickly to a high first temperature since it is thermal shock resistant. As a result of this heating, the binder, in particular water glass, optionally with additives, can also be quickly brought into a technically usable conductivity range and hardens in a short time without the need for carbon additives.
Als Bindemittel können neben Wasserglas auch Phosphate, Borate oder Magnesiumsulfat basierte Salze eingesetzt werden.In addition to water glass, phosphates, borates or salts based on magnesium sulfate can also be used as binding agents.
Vorteilhaft ist bei der Gestaltung des Ausheizprozesses, dass die elektrisch leitfähigen Elektroden zur Zuführung der elektrischen Energie so aufgebaut sein können, dass durch die Steuerung der Kernschießmaschine in der Startphase das Formwerkzeug bis zum Erreichen der ersten vorgebbaren Temperatur mit elektrischem Strom versorgt wird und mit Erreichen der erforderlichen ersten vorgebbaren Temperatur der elektrische Stromfluss ausschließlich über das Gemisch aus Formsand mit Bindemittel erfolgt. Der Verbundaufbau des Formwerkzeugs ermöglicht es zusätzlich das Gemisch aus Formsand und Bindemittel von der keramischen Heizung elektrisch zu isolieren ohne eine Limitierung der Wärmeleitung zwischen Heizung und Formsand aufzubauen. Dadurch ist eine separate Ansteuerung des Formwerkzeugs möglich.When designing the heating process, it is advantageous that the electrically conductive electrodes for supplying the electrical energy can be constructed in such a way that the control of the core shooter in the starting phase supplies the molding tool with electrical current until the first specifiable temperature is reached and when the required first predeterminable temperature, the electric current flow takes place exclusively via the mixture of molding sand with binder. The composite structure of the mold also makes it possible to electrically insulate the mixture of molding sand and binder from the ceramic heater without limiting the heat conduction between the heater and the mold sand. This allows the mold to be controlled separately.
Der eingesetzte Kernformkasten kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen zur Aushärtung des jeweiligen Sandkerns und der Ansteuerung auf die jeweilige Kernschießanlage und das Formwerkzeug gestaltet sein.The core molding box used can be designed according to the respective requirements for hardening the respective sand core and the control of the respective core shooting system and the mold.
Die elektrische(n) Spannungsquelle(n), die für die Erwärmung des Formwerkzeugs und des Gemischs eingesetzt werden, können vorteilhaft geregelt betrieben werden. Dabei kann als Regelgröße die jeweils gemessene Temperatur oder bevorzugt der momentan gemessene elektrische Widerstand genutzt werden, da er sich in Abhängigkeit der jeweiligen momentanen Temperatur verändert. Je nach Temperatur- oder elektrischem Widerstandswert kann die elektrische Spannung und/oder der jeweilige elektrische Strom geregelt und bei Erreichen der ersten und zweiten vorgebbaren Temperatur der jeweilige elektrische Stromfluss durch das Formwerkzeug und den dann erhaltenen ausgehärteten Sandkern abgeschaltet werden. Dazu kann eine elektronische Regeleinheit in die elektrische(n) Spannungsquelle(n) integriert oder daran angeschlossen sein.The electrical voltage source(s) used for heating the mold and the mixture can advantageously be operated in a regulated manner. The respectively measured temperature or preferably the momentarily measured electrical resistance can be used as a controlled variable, since it changes depending on the respective momentary temperature. Depending on the temperature or electrical resistance, the electrical voltage and / or the respective electric current is regulated and when the first and second predeterminable temperatures are reached, the respective electric current flow through the mold and the hardened sand core then obtained are switched off. For this purpose, an electronic control unit can be integrated into the electrical voltage source(s) or connected to it.
Es kann ein Formwerkzeug eingesetzt werden, das mit Si3N4, SiALON oder ALN sowie einem Silizid eines Metalls, das ausgewählt ist aus Mo, W, Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, V und Cr gebildet ist. Bevorzugt ist ein Formwerkzeug, das mit Si3N4 und MoSi2 oder mit Si3N4, SiC und MoSi2 gebildet ist, wobei der Anteil an MoSi2 oder MoSi2 und SiC mindestens 50 Masse-%, bevorzugt mindestens 60 Masse-% beträgt, gebildet ist.A mold formed with Si 3 N 4 , SiALON or ALN and a silicide of a metal selected from Mo, W, Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, V and Cr can be used. Preference is given to a mold formed with Si 3 N 4 and MoSi 2 or with Si 3 N 4 , SiC and MoSi 2 , the proportion of MoSi 2 or MoSi 2 and SiC being at least 50% by mass, preferably at least 60% by mass % is formed.
Es können Ausstoßbolzen und Druckluftoptionen über offenporöse Bereiche vorgesehen werden. Dadurch können bei der Erwärmung des Gemischs freigesetzte Gase abgeführt werden, um Fehler im Sandkern zu vermeiden. Dazu kann in das Formwerkzeug mindestens ein offenporöser Ausstoßbolzen eingesetzt sein, der durch die Wandung des Formwerkzeugs geführt ist. Ausstoßbolzen können sehr effizient in mehrfacher Funktion genutzt werden. Da diese Ausstoßbolzen auch aus dem für das Formwerkzeug genutzten elektrisch leitenden keramischen Werkstoff, z.B. Si3N4-SiC-MoSi2 bestehen sollten, können Oberflächenbereiche eines jeweiligen Ausstoßbolzens selbst als formender Teil des Formwerkzeugs genutzt werden. Sie verfügen über einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und können in Abhängigkeit von den konkreten Anforderungen an den Kernschießprozess als ggf. elektrisch isolierende oder ggf. elektrisch leitende Variante gestaltet werden.Ejection bolts and compressed air options can be provided via open porous areas. As a result, gases released when the mixture is heated can be removed in order to avoid defects in the sand core. For this purpose, at least one open-porous ejector pin, which is guided through the wall of the mold, can be inserted into the mold. Ejector bolts can be used very efficiently in multiple functions. Since these ejector pins should also consist of the electrically conductive ceramic material used for the mold, eg Si 3 N 4 -SiC-MoSi 2 , surface areas of a respective ejector pin can themselves be used as a forming part of the mold. They have a similar coefficient of thermal expansion and can be designed as an electrically insulating or electrically conductive variant, depending on the specific requirements of the core shooting process.
Die eigene offene Porosität mindestens eines Ausstoßbolzens ermöglicht es, mittels einer angeschlossenen Unterdruck erzeugenden Einrichtung bei der Erwärmung freigesetzte Gase aus dem Gemisch abzuführen. Beim Ausstoßvorgang kann/können mittels Druckluft der/die Sandkern(e) aus dem Formwerkzeug entfernt werden. Soweit erforderlich, können die Ausstoßbolzen über den Mechanismus im Kernkasten nach innen bewegt werden, so dass der jeweilige Sandkern aus dem Formwerkzeug entnommen werden kann. Der Kernkasten kann so gestaltet sein, dass beispielsweise ein Vakuumsystem und wechselnd ein Druckluftsystem integriert oder angeschlossen sein kann.The inherent open porosity of at least one ejector bolt makes it possible to discharge gases released during heating from the mixture by means of a connected vacuum-generating device. During the ejection process, the sand core(s) can be removed from the mold using compressed air. If necessary, the ejector bolts can be moved inwards via the mechanism in the core box so that the respective sand core can be removed from the mold. The core box can be designed in such a way that, for example, a vacuum system and alternately a compressed air system can be integrated or connected.
Die Kernschießmaschine ermöglicht über eine neue Ansteuerung die Regelung des zweistufigen Aufheizvorgangs. Dabei kann der elektrische Widerstand des Formwerkzeugs als Sensorsignal für die erreichte Temperatur des Formwerkzeugs genutzt werden. Bei Erreichen eines elektrischen Widerstandswertes entsprechend eines zuvor bekannten R-T-Kurvenverlaufs kann die elektrische Stromzufuhr vollständig auf die den Formsand berührenden Elektroden gelenkt und das Formwerkzeug nicht mehr in den Aufheizprozess einbezogen werden. Der momentane elektrische Widerstand kann auch aus den jeweiligen momentanen Werten für den elektrischen Strom und die elektrische Spannung berechnet oder dementsprechend berücksichtigt werden.The core shooter enables the two-stage heating process to be controlled via a new control system. The electrical resistance of the mold can be used as a sensor signal for the temperature reached by the mold. When an electrical resistance value corresponding to a previously known R-T curve is reached, the electrical power supply can be directed completely to the electrodes in contact with the molding sand and the molding tool can no longer be included in the heating process. The instantaneous electrical resistance can also be calculated from the respective instantaneous values for the electrical current and the electrical voltage or taken into account accordingly.
Mit dem Start des direkten Aushärtevorgangs im Sandkern kann die Vakuumpumpe als Beispiel einer einen Unterdruck erzeugenden Einheit zur Absaugung der entstehenden Gase eingeschaltet werden, die über den/die porösen Ausstoßbolzen diese Gase abgepumpt werden können.With the start of the direct hardening process in the sand core, the vacuum pump can be switched on as an example of a unit generating a negative pressure for sucking off the gases that are produced, and these gases can be pumped out via the porous ejection bolt(s).
Der Verlauf der Strom-Spannungskurve kann wiederum genutzt werden, um den Aushärtevorgang nach vollständiger Aushärtung bei Erreichen der zweiten vorgebbaren Temperatur abzubrechen. Daraufhin kann der Ausstoßvorgang mittels Öffnen des Formwerkzeugs und der Aufgabe von Druckluft eingeleitet.The course of the current-voltage curve can in turn be used to terminate the curing process after complete curing when the second predefinable temperature is reached. The ejection process can then be initiated by opening the mold and applying compressed air.
Unterstützend können die Ausstoßbolzen nach innen bewegt werden, um den ausgehärteten Sandkern zu lockern. Ein wichtiger Vorteil der eingesetzten porösen Ausstoßbolzen in der Doppelfunktion zur Gasleitung und mechanischen Bewegung besteht darin, dass sie im Fall des Zusetzens der Porosität durch die austretenden Gase einfach ersetzt werden können, ohne das gesamte Formwerkzeug austauschen zu müssen.The ejector bolts can be moved inwards to help loosen the hardened sand core. An important advantage of the porous ejector pins used in the dual function of gas conduction and mechanical movement is that if the porosity becomes clogged by the escaping gases, they can be easily replaced without having to replace the entire mold.
Es kann ein Formwerkzeug eingesetzt werden, dessen Innenkontur mit einem elektrisch nicht leitenden keramischen Werkstoff gebildet ist, und der elektrisch nicht leitende keramische Werkstoff von elektrisch leitendem keramischem Werkstoff außen umschlossen ist. Als elektrisch nicht leitenden keramischen Werkstoff kann man insbesondere Si3N4, SiALON oder AIN einsetzen. Dabei sollte man den dafür eingesetzten keramischen Werkstoff so wählen, dass er auch im übrigen Teil des Formwerkzeugs enthalten ist. Dies erleichtert das gemeinsame Sintern und es treten nur geringe mechanische Spannungen bei Temperetaturwechseln auf.A mold can be used, the inner contour of which is formed with an electrically non-conductive ceramic material, and the electrically non-conductive ceramic material is surrounded on the outside by electrically conductive ceramic material. In particular, Si 3 N 4 , SiALON or AlN can be used as the electrically non-conductive ceramic material. The ceramic material used for this should be selected so that it is also contained in the rest of the mold. This facilitates joint sintering and only minor mechanical stresses occur when the temperature changes.
Diese elektrisch nicht leitende Innenkontur bildet einen elektrischen Isolator zum Rest des Formwerkzeugs, der elektrisch leitend ist. Dadurch können die Elektroden, die für den elektrischen Stromfluss, der zur Erwärmung des Gemischs und zur Aushärtung des Sandkerns genutzt wird, in der Kavität des Formwerkzeugs angeordnet und bevorzugt in den elektrisch nicht leitenden keramischen Werkstoff eingelassen sein. Dazu können dort entsprechende Vertiefungen ausgebildet sein, in die diese Elektroden passgerecht eingelassen sein können. Diese Elektroden können so bei der äußeren Formgebung des jeweiligen Sandkerns mitwirken. Es ist dann nur erforderlich die elektrischen Zuleitungen zu diesen Elektroden insbesondere gegenüber dem Formwerkzeug elektrisch zu isolieren.This electrically non-conductive inner contour forms an electrical insulator to the rest of the mold, which is electrically conductive. As a result, the electrodes, which are used for the electric current flow, which is used to heat the mixture and harden the sand core, can be arranged in the cavity of the mold and preferably embedded in the electrically non-conductive ceramic material. You can do this there Depressions may be formed in which these electrodes can be inserted to fit. These electrodes can thus contribute to the external shaping of the respective sand core. It is then only necessary to electrically insulate the electrical supply lines to these electrodes, in particular from the mold.
Wird ein Formwerkzeug eingesetzt, das vollständig aus elektrisch leitendem keramischem Werkstoff gebildet ist, müssen die Elektroden über die elektrischer Strom durch das Gemisch fließen soll, gegenüber dem Formwerkzeug elektrisch isoliert sein. Dies kann beispielsweise durch eine lokal definierte Beschichtung dieser Elektroden in Richtung Formwerkzeug und eine elektrische Isolierung der Zuleitungen ermöglicht werden.If a mold is used that is made entirely of electrically conductive ceramic material, the electrodes through which electric current is to flow through the mixture must be electrically insulated from the mold. This can be made possible, for example, by a locally defined coating of these electrodes in the direction of the mold and electrical insulation of the leads.
Die Nutzung der keramischen Komposit-Verbund-Werkstoffvariante bietet zusätzliche Vorteile, wie hohe Abrassionsbeständigkeit, hohe Temperaturwechselbeständigkeit, elektrische Variabilität, hohe mechanische Festigkeit, sehr gute Wärmeleitfähigkeit und geringe Wärmedehnung.The use of the ceramic composite material variant offers additional advantages, such as high abrasion resistance, high thermal shock resistance, electrical variability, high mechanical strength, very good thermal conductivity and low thermal expansion.
Insbesondere der Einsatz des Verbundwerkstoffs auf Basis des Systems Si3N4-SiC-MoSi2 für ein Formwerkzeug ermöglicht die Herstellung eines elektrisch multifunktionalen Bauteils aus praktisch einem Werkstoff. Damit wird die Zuverlässigkeit und Variabilität des Formwerkzeugs erheblich verbessert.In particular, the use of the composite material based on the Si 3 N 4 -SiC-MoSi 2 system for a mold enables the production of an electrically multifunctional component from practically one material. This significantly improves the reliability and variability of the mold.
Die hohe mechanische Festigkeit, die hohe Wärmeleitfähigkeit und die hohe Temperaturwechselfestigkeit ermöglichen ein neuartiges Herangehen bei der Herstellung von Sandkernen für die Gießereiproduktion.
- - Schnellere Taktzeiten durch erhöhte Aufheizgeschwindigkeit
- - Vermeidung von gesundheitsschädlichen Gasen während des Herstellungsprozesses
- - Verbesserte Qualität der Sandkerne
- - Verlängerte Lebensdauer der Formwerkzeuge
- - Verminderung von Wartungszyklen für die Kernformkästen
- - Fehlerresistentes Ausstoßkonzept für Sandkern
- - Faster cycle times due to increased heating speed
- - Avoidance of harmful gases during the manufacturing process
- - Improved quality of sand cores
- - Extended tool life
- - Reduction of maintenance cycles for the core molding boxes
- - Error-resistant ejection concept for sand core
Die Erfindung kann für beliebige Gemische aus Formsand und Bindemittel eingesetzt werden. Es müssen lediglich die vorgebbaren ersten und zweiten Temperaturen und ggf. die elektrischen Parameter für die jeweiligen zwei getrennten Aufheizprozesse angepasst werden.The invention can be used for any mixtures of molding sand and binder. Only the predeterminable first and second temperatures and possibly the electrical parameters for the respective two separate heating processes have to be adjusted.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft weiter erläutert werden.The invention is to be explained further below by way of example.
Dabei zeigt:
-
1 in schematischer Form ein Beispiel eines Formwerkzeugs, wie es bei der Erfindung einsetzbar ist.
-
1 in schematic form an example of a molding tool as can be used in the invention.
In einem Formwerkzeug 2 ist ein Gemisch 1 aus Kernsand und elektrisch leitendem Bindemittel enthalten. Das Formwerkzeug 2 besteht aus einem Kern, der mit elektrisch leitendem keramischen Werkstoff gebildet ist, an dessen innerer und äußerer Oberfläche eine Schicht aus elektrisch nicht leitendem keramischem Werkstoff 3 ausgebildet ist.A
Außerdem ist an einer Stirnfläche des Formwerkzeugs 2 eine Elektrode 5.1 ausgebildet, die mit dem elektrisch leitenden Werkstoff des Formwerkzeugs 2 in Kontakt steht. Es ist eine weitere Elektrode 5.3 am Formwerkzeug vorhanden, die mit dem Gemisch 2 in elektrisch leitendem Kontakt steht. Zwischen den Elektroden 5.1 und 5.3 ist ein elektrisch isolierender Bereich 5.2 vorhanden, der aus elektrisch nicht leitendem keramischen Werkstoff besteht.In addition, an electrode 5.1 is formed on an end face of the
Desweiteren ist eine Einschußöffnung 5.4 über die das Gemisch 1 in das Formwerkzeug 2 eingebracht werden kann.Furthermore, there is an injection opening 5.4 through which the
Am Formwerkzeug 2 ist auch eine weitere Öffnung ausgebildet an der ein offenporöser Ausstoßbolzen 6 angeordnet und darin auch zumindest teilweise geführt ist.A further opening is also formed on the
Die Elektroden 5.1 und 5.3 sind an eine nicht dargestellte elektrische Spannungsquelle angeschlossen, die wie im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert, geregelt wird.The electrodes 5.1 and 5.3 are connected to an electrical voltage source, not shown, which is regulated as explained in the general part of the description.
An den Ausstoßbolzen 6 ist eine nicht dargestellte einen Unterdruck erzeugenden Einrichtung angeschlossen ist.
- 1. zur Herstellung eines keramischen Formwerkzeugs in konventioneller keramische Technologie erfolgen folgende Schritte:
- o Pulveraufbereitung für ein Pulver A mit einer Mischung mit Si3N4 (
d 50 0,6 µm) 40 Masse-%, SiC (d50 0,8 µm) 30 Masse-%, MoSi2 (d 50 1,0 µm) 30 Masse-% sowie Sinteradditiven Y2O3 und Al2O3 mit einem Gesamtanteil von 10 Masse-% zu den restlichen Bestandteilen zur Herstellung des Heizwiderstands in der Form - o Pulveraufbereitung Für ein Pulver B mit einer Mischung mit Si3N4 (
d 50 0,6 µm) 30 Masse-%, SiC (d50 0,8 µm) 30 Masse-%, MoSi2 (d 50 1,0 µm) 40 Masse-% sowie Sinteradditiven Y2O3 und Al2O3 mit einem Gesamtanteil von 10 Masse-% zu den restlichen Bestandteilen zur Herstellung der Kontaktelemente in der Form - o Pulveraufbereitung für ein Pulver C mit einer Mischung mit Si3N4 (
d 50 2 µm) 60 Masse-%, SiC (d 50 1,5 µm) 30 Masse-%, MoSi2 (d 50 1,0 µm) 10 Masse-% sowie Sinteradditiven Y2O3 und Al2O3 mit einem Gesamtanteil von 10 Masse-% zu den restlichen Bestandteilen zur Herstellung der porösen Ausstoßbolzen in der Form - o Herstellung von jeweiligen Pressgranulaten aus den Pulvern A, B und C durch Zugabe von üblichen organischen Bindern Suspensionsherstellung und Sprühgranulierung
- o Formgebung durch uniaxiales Trockenpressen → isostatisches Nachverdichten → Grünbearbeitung
- o Zusammensetzen der Kontaktkomponenten und der Heizwiderstandkomponenten zum Formwerkzeug und der porösen Ausstoßbolzen mit einem dichten Mantel aus dem Widerstandswerkstoff
- o Ausbrennen des organischen Binders unter Stickstoffatmosphäre bei 800 °C und 1 h Haltezeit an den Formteilen, Formwerkzeug (Kontakte + Widerstand + poröse Verbindung) sowie poröse Ausstoßbolzen
- o Gasdrucksintern des Formwerkzeugs unter Stickstoffatmosphäre bei 1700 °C und einer Haltezeit von 1 h
- o Finischbearbeitung am Formwerkzeug und den porösen Austauschbolzen zur exakten Einpassung
- o Oxidation des Formwerkzeugs bei 1000 °C unter Luftatmosphäre über 1 h zur Schaffung einer elektrisch isolierenden Oxidhaut mit einer
Stärke zwischen 1 um - 2 µm, anschließendem Anschleifen der Kontakteflächen zur Kontaktierung und Entfernung der Oxidhaut - o Montage des Gesamtformwerkzeugs aus monolithischem Heizwiderstand/Kontaktteil und den porösen Ausstoßbolzen
- o Pulveraufbereitung für ein Pulver A mit einer Mischung mit Si3N4 (
- 2. Für die Herstellung eines Kernkastens zur Herstellung von Sandkernen in einer Kernschießmaschine erfolgen folgende Schritte:
- o Aufbau eines Kernkastenrahmens aus Aluminium zur Aufnahme des Formwerkzeugs
- o Einsatz eines keramischen Dämmmaterials zur thermischen Isolation von Formwerkzeug und Kernkastenhülle
- o Verlegung elektrischer Leitungen zur Stromzuführung an das Formwerkzeug innerhalb des Formkastens
- o Verlegung von Rohrleitungen zum Anschluss an die Ausstoßbolzen, hochtemperaturstabile Kunststoffanschlüsse für die keramischen Ausstoßbolzen
- o Verlegung von Leitungen für die Temperatursensorik zur Ermittlung der vorgebbaren ersten und zweiten Temperatur
- o Schaffung elektrischer Anschlüsse am Kernkasten zum Anschluss an die Steuerung der Kernschießmaschine
- 3. Für die Verbindung der Steuerung der Kernschießmaschine mit dem Kernkasten/Formwerkzeug wird wie folgt vorgegengen:
- - Nutzung einer kommerziellen Steuer- und Regeleinheit zur Regelung des keramischen Formwerkzeugs
- - Anschlüsse für Druckluft (1 bar - 5 bar) und Vakuum (10-3 mbar) und Integration eines Druckluftkompressors und einer Vakuumpumpe in der Kernschießmaschine, Ansteuerung über die Steuer- und Regeleinheit
- - Messwerterfassung der Temperatur am Formwerkzeug durch die Steuer- und Regeleinheit
- - Kopplung der Kernschießmechanismen der Maschine mit der Steuer- und Regeleinheit
- - Programmierung der Steuer- und Regeleinheit entsprechend folgender Vorgaben:
- o Einschießen des Kernsands in das Formwerkzeug
- o Starten des Aufheizvorgangs des Formwerkzeugs durch Freigabe des maximalen elektrischen Stromflusses an den Elektroden des Formwerkzeugs
- o Zuschaltung des Vakuumdrucks auf die porösen Ausstoßbolzen zur Absaugung entstehender Gase und des Wasserdampfes durch Aushärtung des Sandkerns
- o Registrierung des Erreichens der vorgebbaren ersten Temperatur (z.B. 150°C) am Formwerkzeug
- o Absenken des elektrischen Stromflusses auf 30% des Maximums und Halten der vorgebbaren ersten Temperatur T1 innerhalb von 10 s
- o Zuschalten des elektrischen Stromflusses auf den erwärmten Sand und gleichzeitiges Abschalten des elektrischen Stromflusses auf das Formwerkzeug
- o Ermittlung der Temperatur über die Sensorik des Formwerkzeugs und Erhöhung der elektrischen Spannung im Formsand, Regelgröße ist die Temperatursteigerung entsprechend einer vorgegebenen Rate in der Steuerungseinheit
- o Bei Erreichen der vorgebbaren zweiten Temperatur und einem Absinken des Vakuumdrucks auf 10-3 mbar (Indikator für ein Ende der Aushärtung) wird der Stromfluss und damit der Aufheizvorgang nach 5 s gestoppt
- o Nach Ende des Heizvorgangs wird der Druckluftkompressor in der Kernschießmaschine gestartet und Druckluft zu den porösen Ausstoßbolzen geleitet. In der Startphase wird ein geringer Druck < 1 bar als Gasströmung durch die poröse Komponente geleitet. Diese dient der Lockerung des Kerns im Formwerkzeug
- o Nach 5 s wird ein Druckluftstoß mit einem Druck > 2 bar auf die porösen Ausstoßbolzen geleitet. Dieser führt dazu, dass die Bolzen in das Formwerkzeug gedrückt werden und den Sandkern anheben. Damit kann der Kern dem Werkzeug entnommen werden
- o Der Kernaushärtungsvorgang einschließlich Ausstoßvorgang kann in Abhängigkeit von der Kerngröße innerhalb von 30 s - 200 s abgeschlossen sein.
- 1. The following steps are carried out to produce a ceramic mold using conventional ceramic technology:
- o Powder preparation for a powder A with a mixture with Si 3 N 4 (d 50 0.6 µm) 40% by mass, SiC (d 50 0.8 µm) 30% by mass, MoSi 2 (d 50 1.0 µm). ) 30% by mass and sintering additives Y 2 O 3 and Al 2 O 3 with a total proportion of 10% by mass to the remaining components for producing the heating resistor in the mold
- o Powder preparation For a powder B with a mixture with Si 3 N 4 (d 50 0.6 µm) 30% by mass, SiC (d 50 0.8 µm) 30% by mass, MoSi 2 (d 50 1.0 µm). ) 40% by mass and sintering additives Y 2 O 3 and Al 2 O 3 with a total of 10 % by mass to the remaining components for the production of the contact elements in the mould
- o Powder preparation for a powder C with a mixture with Si 3 N 4 (
d 50 2 µm) 60% by mass, SiC (d 50 1.5 µm) 30% by mass, MoSi 2 (d 50 1.0 µm) 10 % by mass and sintering additives Y 2 O 3 and Al 2 O 3 with a total proportion of 10% by mass to the remaining components for producing the porous ejector bolt in the mold - o Production of the respective pressed granules from the powders A, B and C by adding customary organic binders, suspension production and spray granulation
- o Shaping by uniaxial dry pressing → isostatic post-compacting → green processing
- o Assembling the contact components and the heating resistor components to form the mold and the porous ejector pin with a dense jacket made of the resistor material
- o Burning out of the organic binder in a nitrogen atmosphere at 800 °C and 1 h holding time on the molded parts, mold (contacts + resistor + porous connection) and porous ejector pins
- o Gas pressure sintering of the mold under a nitrogen atmosphere at 1700 °C and a holding time of 1 hour
- o Finishing on the mold and the porous replacement bolts for an exact fit
- o Oxidation of the mold at 1000 °C in an air atmosphere for 1 hour to create an electrically insulating oxide skin with a thickness between 1 µm - 2 µm, subsequent grinding of the contact surfaces for contacting and removal of the oxide skin
- o Assembly of the overall molding tool from the monolithic heating resistor/contact part and the porous ejector pins
- 2. The following steps are carried out for the production of a core box for the production of sand cores in a core shooter:
- o Construction of an aluminum core box frame to hold the mold
- o Use of a ceramic insulating material for thermal insulation of the mold and core box casing
- o Laying electrical lines for power supply to the mold within the molding box
- o Laying of pipelines for connection to the ejector bolts, high-temperature-resistant plastic connections for the ceramic ejector bolts
- o Laying of lines for the temperature sensors to determine the first and second temperature that can be specified
- o Creation of electrical connections on the core box for connection to the control of the core shooter
- 3. To connect the control of the core shooter with the core box/forming tool, proceed as follows:
- - Use of a commercial control and regulation unit to regulate the ceramic mold
- - Connections for compressed air (1 bar - 5 bar) and vacuum (10 -3 mbar) and integration of a compressed air compressor and a vacuum pump in the core shooter, control via the control and regulation unit
- - Measured value acquisition of the temperature at the mold by the control and regulation unit
- - Coupling the core shooting mechanisms of the machine with the control and regulation unit
- - Programming of the control and regulation unit according to the following specifications:
- o Injecting the core sand into the mold
- o Start the heating process of the mold by releasing the maximum electrical current flow at the electrodes of the mold
- o Activation of the vacuum pressure on the porous ejector bolts for the extraction of gases and water vapor caused by the hardening of the sand core
- o Registration of reaching the predeterminable first temperature (eg 150° C.) on the mold
- o Reduction of the electric current flow to 30% of the maximum and maintaining the predeterminable first temperature T1 within 10 s
- o Switching on the electric current flow to the heated sand and simultaneously switching off the electric current flow to the mold
- o Determination of the temperature via the sensors of the mold and increase of the electrical voltage in the molding sand, the controlled variable is the increase in temperature according to a specified rate in the control unit
- o When the predefinable second temperature is reached and the vacuum pressure drops to 10 -3 mbar (indicator of the end of curing), the current flow and thus the heating process is stopped after 5 s
- o After the end of the heating process, the compressed air compressor in the core shooter is started and compressed air is fed to the porous ejector pins. In the starting phase, a low pressure of <1 bar is passed through the porous component as a gas flow. This serves to loosen the core in the mold
- o After 5 s, a blast of compressed air with a pressure > 2 bar is directed onto the porous ejector bolt. This causes the bolts to be pushed into the mold and lift the sand core. The core can then be removed from the tool
- o Core curing process including ejection process can be completed within 30s - 200s depending on core size.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- WO 2003/013761 A1 [0005]WO 2003/013761 A1 [0005]
- DE 2435886 A1 [0006]DE 2435886 A1 [0006]
- EP 3103562 A1 [0006]EP 3103562 A1 [0006]
- DE 102017217098 B3 [0008]DE 102017217098 B3 [0008]
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020209100.5A DE102020209100A1 (en) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | Process for the production of sand cores that can be used for foundry purposes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020209100.5A DE102020209100A1 (en) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | Process for the production of sand cores that can be used for foundry purposes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102020209100A1 true DE102020209100A1 (en) | 2022-01-27 |
Family
ID=79179290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102020209100.5A Granted DE102020209100A1 (en) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | Process for the production of sand cores that can be used for foundry purposes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102020209100A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2435886A1 (en) | 1973-08-01 | 1975-02-13 | White Sea & Baltic Co | METHOD FOR MANUFACTURING FOUNDRY SHAPES AND CORES |
| WO2003013761A1 (en) | 2001-08-10 | 2003-02-20 | Dipl.-Ing. Laempe Gmbh | Method and device for the production of molds or cores for foundry purposes |
| EP3103562A1 (en) | 2015-06-12 | 2016-12-14 | Bierkämper GmbH Stahl- und Anlagenbau | Template |
| DE102017217098B3 (en) | 2016-12-06 | 2018-04-05 | Wolfram Bach | Method and mold or core tool for making molds or cores |
-
2020
- 2020-07-21 DE DE102020209100.5A patent/DE102020209100A1/en active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2435886A1 (en) | 1973-08-01 | 1975-02-13 | White Sea & Baltic Co | METHOD FOR MANUFACTURING FOUNDRY SHAPES AND CORES |
| WO2003013761A1 (en) | 2001-08-10 | 2003-02-20 | Dipl.-Ing. Laempe Gmbh | Method and device for the production of molds or cores for foundry purposes |
| EP3103562A1 (en) | 2015-06-12 | 2016-12-14 | Bierkämper GmbH Stahl- und Anlagenbau | Template |
| DE102017217098B3 (en) | 2016-12-06 | 2018-04-05 | Wolfram Bach | Method and mold or core tool for making molds or cores |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102017217096B3 (en) | Tool insert, forming or core tool and method for making molds or cores | |
| DE1758845C3 (en) | Process for the production of precision casting molds for reactive metals | |
| US2446872A (en) | Method of molding ceramic articles | |
| EP1056690B1 (en) | Method for producing a pin heater | |
| EP2544838A2 (en) | Method for producing a coolable moulding tool, and molding tool produced using said method | |
| DE2323096A1 (en) | PRECISION SHAPED REFIRESPARE AND METHOD OF MANUFACTURING | |
| WO2011042090A1 (en) | Method and device for producing a moulded part by means of generative application | |
| EP3774688A1 (en) | Method for producing a ceramic component | |
| DE10332904B3 (en) | Molding core used in the production of components of internal combustion engines comprises a metallic reinforcing element partially or completely separated from the surrounding core by a gap or by a pyrolyzable organic material | |
| DE4343904A1 (en) | Component made of fiber-reinforced composite material with a protective layer against erosion | |
| WO2000053359A2 (en) | Material for layerwise production of tools, forms and components using a laser sintering method | |
| WO2020104334A1 (en) | Method for producing a component from metal or technical ceramics materials | |
| DE102009046003A1 (en) | Method for producing a component with a ceramic first area and a metallic second area, comprises applying the ceramic material in a first tool area by first injection molding step and applying the metallic material in a second tool area | |
| DE102020209100A1 (en) | Process for the production of sand cores that can be used for foundry purposes | |
| EP1425121A1 (en) | Method for producing castings, molding sand and its use for carrying out said method | |
| EP2033757A1 (en) | Method and forming tool for producing components, in particular those made of fibre compound materials | |
| DE102006018690A1 (en) | Process for the manufacture of e.g. glow plug or low temperature co-fired ceramics as a spark-plasma sintered composite component | |
| WO2020088718A2 (en) | Tool for producing molds or cores by electric resistance heating of a plastic-based material | |
| EP0958260B1 (en) | Method for producing ceramic or powder-metallurgy components | |
| EP1536180A1 (en) | Method for manufacturing an glow stab for a glow plug | |
| EP3105197B1 (en) | Method for producing a modular insulation element | |
| DE19703176C2 (en) | Process for the production of ceramic or powder metallurgical components | |
| DE19640488C2 (en) | Method of manufacturing a ceramic cooling element | |
| DE10326711B4 (en) | Device for drying a lining mass | |
| DE3243780A1 (en) | Heating body and process for its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: KARL JENEWEIN MODELLBAU GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG EINGETRAGENER VEREIN, 80686 MUENCHEN, DE Owner name: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANG, DE Free format text: FORMER OWNER: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG EINGETRAGENER VEREIN, 80686 MUENCHEN, DE |
|
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division |