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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
Chinesischen Patentanmeldung Nr. 201010150602.7 mit dem Titel „FORMVERFAHREN FÜR EIN ZUSAMMENSETZEN VON GUSSSTÜCKEN OHNE MODELL AUF DER BASIS EINER UNEBENEN RIPPENSTRUKTUR”, eingereicht beim Chinesischen Patentamt am 20. April 2010, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Formung von Formen für große Sandformgussstücke und gehört zu den technischen Gebieten des Gießens und des numerisch gesteuerten Schneidens.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die verarbeitende Industrie ist bereits zu einem wichtigen Teil der nationalen Wirtschaft geworden, und die industrielle Wertschöpfung der verarbeitenden Industrie beträgt 36% des Bruttoinlandprodukts und ist weltweit die viertgrößte. Die Gießereiindustrie ist ein wichtiger Teil der verarbeitenden Industrie. Insbesondere die Herstellung von großen Gussstücken bildet eine Grundlage für zahlreiche Kernindustriezweige, beispielsweise für die Automobilindustrie, die petrochemische Industrie, die Eisen- und Stahlindustrie, die Elektroindustrie, den Schiffbau, die Textilindustrie, die geräteherstellende Industrie und dergleichen, wobei der Entwicklungsstand der Gießereiindustrie ein maßgebliches Symbol für die Bewertung der nationalen Gesamtstärke einer Nation ist. Mit der Diversifikation und Individuation des Produkts steigt der Bedarf an einzelangefertigten oder in Kleinserie gefertigten Gussstücken stetig, insbesondere in der Entwurfs- und Entwicklungsphase eines Produkts für einen kurzen Produktionszyklus und eine hohe Änderungsgeschwindigkeit. Mit dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der Form ist es jedoch schwer, der schnellen Herstellung von einzelangefertigten oder in Kleinserie angefertigten Teilen zu genügen.
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In unserem Land wird weiterhin eine herkömmliche Fertigungstechnik zur Herstellung von einzelangefertigten oder in Kleinserie angefertigten großen Gussstücken angewendet, und die hochqualitativen, wichtigsten Gussstücke, insbesondere die großen Gussstücke mit einem komplizierten Herstellungsverfahren und einer hohen Qualitätsanforderung, hängen hauptsächlich vom Import ab. Verglichen mit industriell entwickelten Ländern beinhaltet der Produktionsprozess von großen Gussstücken in unserem Land die folgenden Nachteile: viele Produktionsprozesse, einen langen Produktionszyklus, eine hohe Arbeitsintensität aufgrund der manuellen Bedienung, einen enormen Verbrauch an Rohmaterialien aufgrund einer hohen Bearbeitungszugabe, eine niedrige Rate an Endprodukten aufgrund der rückständigen Formherstellungstechnik, viele Fehler, wie etwa Mikrolunker, Schrumpfhohlräume oder -risse, und viele Schweißausbesserungsarbeiten. Die Unsicherheit und Komplexität des herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung einer Form schränkt die Produktion von Gussstücken, insbesondere von großen Gussstücken ein.
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Bei dem Verfahren zum Formen von großen Gussstücken sind in unserem Land Holzmodelle beim Grubengießen weit verbreitet. Dieses Formverfahren umfasst eine lange Formzeit, in der das Holzmodell eine hohe Kosten- und eine niedrige Wiederverwertungsrate hat. Darüber hinaus hat das Formverfahren eine niedrige Gussgenauigkeit und eine schlechte mechanische Leistung und kann daher nicht beim Formen einer komplizierten Formoberfläche verwendet werden. Im Allgemeinen beträgt ein Formzyklus der Holzmodelle einen Monat, und die Nutzungsdauer eines Satzes Holzmodelle reicht höchstens zur Herstellung von acht Gussstücken (während seiner Nutzungsdauer ist eine Modellreparatur erforderlich). Auch wenn lediglich ein oder zwei Gussstücke hergestellt werden müssen, muss ein Satz Holzmodelle gefertigt werden, was nicht nur den Produktionszyklus der Gussstücke verlängern kann, sondern auch eine enorme Verschwendung an hochqualitativem Holz verursacht. Nach einem Gießvorgang und einem Abkühlvorgang müssen viele Endarbeiten an den Gussstücken, die durch Formen mit Holzmodellen hergestellten wurden, vorgenommen werden, was die Kosten erhöht und den Produktionszyklus der Gussstücke verlängert. Somit besteht ein dringender Bedarf an einem neuen Formverfahren zur Verbesserung der derzeitigen Situation.
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Ein Formverfahren mit einer Kernbaugruppe kann auch zum Formen von großen Gussstücken verwendet werden. Bei diesem Verfahren werden Sandkerne manuell oder mit einer Kernherstellungsmaschine gefertigt und anschließend zusammengefügt, um in einer Sandgrube angeordnet zu werden und ein Formen zur Sandkerneinbettung durchzuführen. Dieses Formverfahren kann die Arbeitsbelastung zur Herstellung der Holzmodellwerkzeugausrüstung reduzieren, die Sicherheitszuverlässigkeit verbessern und die Schwierigkeit beim Öffnen der Form und Ausschlagen des Sands für die Gussstücke deutlich verringern. Dieses Verfahren hat jedoch eine niedrige Formeffizienz, erfordert einen große Fläche, eignet sich für die Herstellung von Gussstücken in Großserie, hat eine hohe Anforderung hinsichtlich der Qualität des Formsands, benötigt eine große Menge frischen Sand, was zu relativ hohen Formkosten führt, wodurch es sich nicht für die Herstellung von einzelangefertigten oder in Kleinserie gefertigten großen Gussstücken eignet. Darüber hinaus erfolgt bei der bestehenden Kernbaugruppe-Formtechnik das Zusammensetzen der Sandkerne dadurch, dass die Sandkerne durch Fixierpunkte zwischen den Sandkernen fixiert und die Sandkerne mit einem Bindemittel verbunden werden, was zu einer ungenauen Fixierung und einer instabilen Verbindung führen kann. Die Sandblöcke werden mittels Gegenstücken aus Sand zusammengefügt, d. h. indem sie einfach über eine konkave-konvexe Struktur fixiert werden, und können somit leicht verschoben werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Hinblick auf die Nachteile und Fehler aus dem Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, ein schnelles Verfahren zur Herstellung einer Form von einzelgefertigten oder in Kleinserie gefertigten großen Gussstücken bereitzustellen, das ein Formverfahren für ein Zusammensetzen von Gussstücken ohne Modell auf der Basis einer unebenen Rippenstruktur ist, um die Herstellungsgeschwindigkeit und die Genauigkeit der Form der großen Gussstücke zu verbessern, die Verschiebung der Sandblöcke zu verhindern, den Produktionszyklus der Gussstücke zu verkürzen, Kosten einzusparen und das Verfahren zum Zusammensetzen von Gussstücken ohne Modell für große Gussstücke zu realisieren.
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Die technischen Lösungen der vorliegenden Anmeldung sind folgende.
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Ein Formverfahren für das Zusammensetzen von Gussstücken ohne Modell auf der Basis einer unebenen Rippenstruktur, das die folgenden Schritte umfasst:
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- a) Entwerfen eines CAD-Modells in Blöcken entsprechend den Merkmalen einer Form,
- b) Entwerfen einer konkav-konvexen, unebenen Rippenstruktur auf Passflächen der Blöcke und einer Fügemethode in Bezug auf Fixiermerkmale der Sandblöcke,
- c) Vorbereiten der zu bearbeitenden Sandblöcke, wobei zuvor ein Befestigungselement in die Sandblöcke eingebettet wird,
- d) Gestalten der Sandblöcke und Bearbeiten einer unebenen Rippenstruktur auf einer Oberfläche jedes der Sandblöcke,
- e) Zusammensetzen der Sandblöcke, wobei die Sandblöcke mittels der bearbeiteten unebenen Rippenstruktur relativ zueinander befestigt werden,
- f) Befestigen und Ausüben einer Vorspannkraft an einem Umfang einer Gesamtsandform und Fertigstellen des Zusammensetzens der Sandform.
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Die Sandblöcke können vorzugsweise über einen Formkernbinder weiter verbunden werden.
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Die unebene Rippenstruktur ist vorzugsweise eine Sägezahnstruktur mit mehreren Spitzen, wobei ein einzelner Sägezahn eine Breite in einem Bereich von 5 mm bis 10 mm und einen Bearbeitungspräzisionsfehler von ± 0,5 mm hat.
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Der Sägezahn kann vorzugsweise ein rechteckiger Sägezahn oder ein dreieckiger Sägezahn sein.
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Der Schritt des Befestigens und des Ausübens der Vorspannkraft am Umfang umfasst vorzugsweise das feste Pressen ausgehend von mehreren Seiten unter Verwendung von flachen Platten. Eine Presskraft kann mit einem Bolzen zwischen den Platten oder mit einem zuvor in die Sandform eingebetteten Bolzen eingestellt werden. Alternativ wird eine Presskraft mit einem zusätzlich vorgesehenen Zylinder auf die flachen Platten aufgebracht.
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Vorzugsweise werden ein Sandkern und die Sandform als Einheit ausgestaltet.
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Eine Teilungsfläche zwischen den Sandblöcken kann vorzugsweise eine horizontale Oberfläche, eine vertikale Oberfläche, eine gestufte Oberfläche oder eine gewölbte Oberfläche sein.
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Verglichen mit dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung folgende Vorteile.
- 1) Es wird die Integration einer digitalen Ausgestaltung und Herstellung der Form realisiert, wobei eine Präzision der Form verbessert wird.
- 2) Bei dem Verfahren der vorliegenden Anmeldung wird die Form direkt mit einem Maschinenwerkzeug mit numerischer Steuerung bearbeitet, wodurch ein Vorgang zur Herstellung von Modellen ausgelassen, ein Produktionszyklus des gesamten Gussstücks verkürzt, die Produktionseffizienz verbessert und eine große Menge Holz für die Herstellung der Modelle eingespart wird.
- 3) Verglichen mit der Ausgestaltung der herkömmlichen Gießereitechnik ist die Form in Blöcken ausgeführt, um flexibler zu sein, eine geringe Bearbeitungszugabe zu haben und eine große Menge an geschmolzenem Material einzusparen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung werden nachfolgend in Verbindung mit Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 ist eine Klemmvorrichtung zum Befestigen und Zusammensetzen einer Sandform,
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2 ist eine unebene Rippenstruktur mit einer dreieckigen Sägezahnform,
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3 ist eine unebene Rippenstruktur mit einer rechteckiger Gestalt und
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4 ist eine schematische Ansicht des Zusammensetzens der Sandform. Bezugszeichen in den Zeichnungen:
| 1 | äußerer Klemmbolzen | 2 | äußere Verriegelungsmutter |
| 3 | einstellbarer Fixierblock | 4 | Verriegelungsmutter des Fixierblocks |
| 5 | erste Einstelldruckplatte | 6 | zweite Einstelldruckplatte |
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Auf Grundlage von Strukturmerkmalen eines Gussstücks wird ein CAD-Modell einer Form nach der Ausgestaltung des Gießprozesses erstellt, wie etwa ein Eingusssystem, ein Speiser, eine Lüftungsöffnung und eine Eisenabschreckplatte sowie eine Blockausgestaltung, wobei das CAD-Modell auf Grundlage von Merkmalen der Form, z. B. der Bestimmung der Anzahl von Sandblöcken und der Blockgestalt, in Blöcken ausgestaltet wird. Eine Teilungsfläche zwischen den Sandblöcken kann horizontal oder vertikal sein.
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Auf Grundlage der Fixiermerkmale der Sandblöcke wird die gesamte Sandform (wie in 4 gezeigt) in vier Teile unterteilt. Wie in vergrößerten Ansichten der Teile „1” und „11” in 4 gezeigt, sind die Sandblöcke durch eine konkave-konvexe, unebene Rippenstruktur verbunden, wobei die beiden anderen Verbindungsflächen mittels einer geneigten Oberflächenstruktur bzw. einer gestuften Struktur zusammengesetzt werden.
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An den Sandblöcken wird ein virtuelles Zusammensetzen durchgeführt. Die Verwirklichung einer dreidimensionalen Ausgestaltung erfolgt insbesondere in Bezug auf die gesamte Form, und ein virtuelles Zusammensetzen erfolgt in einem Formfügeprozess und einem Kerneinsetzprozess. Wenn beim virtuellen Zusammensetzen ein störendes Phänomen auftritt, müssen die Blöcke der Form und die Fügemethode der Blöcke erneut angepasst werden. Die CAE-simulierten Versuche des Gießvorgangs werden dann wiederholt durchgeführt, bis schließlich eine geeignete Art der Blockgestaltung und eine geeignete Methode zur Fixierung der Form sowie die Struktur der Form und des Formkerns bestimmt sind.
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Auf Grundlage der Merkmale des Gussstücks wird ein Sandblock-Einzelstück in einem Sandgemisch-Formverfahren hergestellt, wobei ein Befestigungselement im Sandgemisch-Formverfahren vorher eingebettet werden kann, um das Sandblock-Einzelstück zusammenzusetzen.
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In Abhängigkeit von den Strukturmerkmalen der Sandblöcke kann eine Sandform mit einer einfachen Konturstruktur mittels einer speziellen numerisch gesteuerten Schneidvorrichtung bearbeitet werden, und eine Sandform (ein Sandformkern) mit einer komplizierten Gestalt kann mit einem Rapid-Prototyping-Verfahren oder durch die Kombination aus dem Rapid-Prototyping-Verfahren und der speziellen numerisch gesteuerten Schneidvorrichtung hergestellt werden.
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Bei dem Vorgang des Zusammensetzens der Sandblöcke zu einer Einheit werden die hergestellten Sandblöcke entsprechend der vorhergehenden Blockausgestaltung eines CAD-Modells zusammengesetzt und über die unebene Rippenstruktur zwischen den Passflächen relativ zueinander befestigt. Gleichzeitig wird mittels der Klemmvorrichtung, wie in 4 durch einen Pfeil gezeigt, eine Vorspannkraft am Umfang der zu einer Einheit zusammengesetzten Sandform aufgebracht, um die relative Verschiebung zwischen den Sandblöcken weiter zu verhindern. Anschließend wird das Zusammensetzen der gesamten Form fertiggestellt. In Abhängigkeit von den Merkmalen der zusammengesetzten Form können partielle Stellen einiger Passabschnitte oder die unebenen Rippenflächen mit einem Binder verbunden werden.
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Die obige Beschreibung der vorliegenden Anmeldung und ihrer Ausführungsformen sind beispielhaft und sollen die vorliegende Anmeldung nicht einschränken. Es wird angenommen, dass weitere Ausführungsformen, die von dem Fachmann auf Grundlage der vorliegenden Anmeldung, ohne von dem Prinzip der vorliegenden Anmeldung abzuweichen, erstellt werden, auch in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.
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Erste zusätzliche Ausführungsform:
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Formverfahren für ein Zusammensetzen ohne Modell auf der Basis einer unebenen Rippenstruktur, das die folgenden Schritte umfasst:
Entwerfen eines CAD-Modells in Blöcken in Abhängigkeit von den Merkmalen einer Form,
Entwerfen einer konkav-konvexen, unebenen Rippenstruktur auf Passflächen der Blöcke und einer Fügemethode zwischen den Blöcken auf der Basis von Fixiermerkmalen der Sandblöcke,
Vorbereiten von zu bearbeitenden Sandblöcken und vorheriges Einbetten eines Befestigungselements in die Sandblöcke,
Gestalten der Sandblöcke und Bearbeiten einer unebenen Rippenstruktur auf einer Oberfläche jedes der Sandblöcke,
Zusammensetzen der Sandblöcke, wobei die Sandblöcke über die bearbeitete unebene Rippenstruktur relativ zueinander befestigt werden und nach Bedarf mit einem Formkernbinder verbunden werden, und
Befestigen und Ausüben einer Vorspannkraft an einem Umfang einer Gesamtsandform und Fertigstellen des Zusammensetzens der Sandform.
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Zweite zusätzliche Ausführungsform:
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Bei dem Formverfahren für ein Zusammensetzen ohne Modell auf der Basis der unebenen Rippenstruktur gemäß der ersten zusätzlichen Ausführungsform wird die unebene Rippenstruktur auf eine Mehrspitzenstruktur gerichtet, die eine rechteckige Sägezahngestalt und eine dreieckige Sägezahngestalt umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Eine einzelne Spitze hat eine Breite in einem Bereich von 5 mm bis 10 mm, und die unebene Rippenstruktur hat einen Bearbeitungspräzisionsfehler von ± 0,5 mm.
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Dritte zusätzliche Ausführungsform:
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Bei dem Formverfahren für ein Zusammensetzen ohne Modell auf der Basis der unebenen Rippenstruktur gemäß der zweiten zusätzlichen Ausführungsform kann das Befestigen und Ausüben der Vorspannkraft am Umfang durch festes Pressen mit flachen Platten ausgehend von mehreren Seiten implementiert werden. Eine Presskraft kann mit einem Bolzen zwischen den Platten oder mit einem zuvor in die Sandform eingebetteten Bolzen eingestellt werden. Alternativ wird eine Druckkraft mit einem zusätzlich vorgesehenen Zylinder auf die flachen Platten aufgebracht.
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Vierte zusätzliche Ausführungsform:
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Bei dem Formverfahren für ein Zusammensetzen ohne Modell auf der Basis der unebenen Rippenstruktur gemäß der dritten zusätzlichen Ausführungsform unterscheidet sich die Blockausgestaltung der CAD-Form von der herkömmlichen Ausgestaltung des Gießverfahrens beispielsweise dadurch, dass z. B. die Ausgestaltung eines Sandkerns vereinfacht wird, da der Sandkern und die Sandform als Einheit ausgestaltet werden. Darüber hinaus kann eine Teilungsfläche zwischen den Sandblöcken eine horizontale Oberfläche, eine vertikale Oberfläche, eine gestufte Oberfläche oder eine gewölbte Oberfläche usw. sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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