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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Grenzschicht-Scherfestigkeit
bei der Schalenbildung auf oberflächlich hocherhitzten Giessereisandformen-und Kernen.
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Die T'rfindung bezieht sich auf ein Verfihren und eine Vorrichtung
zur Bestimmung der Grenzachichtfestigkeit unter der Oberfläche einseitig hocherhitzier,
verdichteter Giessereisande.
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Bekannt sind bereits Verfahren, die die Schalenbildung auf einseitig
oberflächlich hocherhitzten und verdichteten Giessereiform-und Kernsanden rein visuell
ermitteln. Es können hiermit jedoch keine Untersuchungen zur Bestimmung der Scherfestigkeit
bei Betriebstemperaturen
in der Grenzschicht zwischer hocherhitzter
Sandschale und noch relativ kõhlem Unterfrund durchgef³hrt werden, wie dieses im
Sinne der Erfindung m~glich ist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auch
auf ein Nochtemperaturpr³fgerõt hingeweisen, das jedoch ausschliesslich nur der
Er : : i Giessereiformsanden dient.
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Beim Abgiesscn von Sandfornan werden die Sand-und yvernoberflõchen
der Form-und : ermrandung durch Direktkontakt mit flüssigem Metall oder durch dessen
Hitzestrahlung sehr rasch erhitzt. Es entsteht wegen der schlechten Wõrmeleitfõhigkeit
unter der erhitzten Sandoberfläche ein starkes Temperaturgefõlle, wodurch ³ber einem
kälteren Untergrund die Bildunt einer nur einige Millimeter dicken hocherhitzten
Schalenzone hervorgerufen wird. in der hocherhitzten Schalenzone entwickeln sich
wegen der bekannten starken Expansion von Quarzaand entsprechend starke Drucksoannungen,
während dieses im kälteren Untergrund nicht der Fall ist. Die Sandschale grenzt
grenzt lõngs einer scharf ausgeprõgten Grenzschicht an den Untergrund. Sind die
Dehnspannungen in der Sandschale gross und ist die Sandfesti ; keit in der Grenzschicht
klein, so kann es läni ; s dieser Grenzschicht zur Ablösung der Sandschsle konnen.
Auf der Oberfläche des fertigen Gussstockes äussern sich mehr oder weniger starke
Abl~sungserscheinungen der Sandschale als Sand- und Expansionsfehler
in
Form von Rattenschwõnzen, Buckeln, Riefen.
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Federn, Schulpen etc. Die Erscheinungen treten bei nass abgegossenen
tongebundenen Sandformen ebenso auf, wie bei getroekneten tongebundenen Sandformen
und bei organisch oder anderweitig gebundenen Formen und Kernen.
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Diese Vorgõnge sind jedoch erst dann richtig prüftechnisch erfassbar,..
: nr Jie Sandschale, wie in betrieblichen Formen, über die Umwandlungstemperatur
von Beta-in Alphaquarz, d.h. h~her als 575# C erhitzt wird, sowie es z. B. in Sandformen
der Fall ist, in welche die Metalle nit Giesstemperaturen ab etXva 700° C vergossen
werden. Dies betrifft sowohl die Schnelligkeit, mit der sich die Lxpansionskräfte
entwickeln, als auch die Grosse derselben und auch die Gr~sse der Grenzschichtfestigkeit
zwischen Jandschale und Untergrund.
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Von der. Gedanken ausgehend, dass bei der Ausbildung und Ablösung
solcher Jandschalen unter der Einwirkung der pl~tzlichen Erhitzung durch Kontakt
mit dem Giessmetall oder durch Hitzestrahlung die Grenzschicht unter der Sandschale
in erster Iinie auf Jcherun durch die sich in der Schale entwickelnden Druckapannungen
beansprucht wird, wurde erfindungsgemõss ein Verfahren und eine Vorrichtung entwickelt,
bei welchen die Ermittlung der genannten Scherfestigkeit in Punktion der Erhitzungszeit,
wie auch der Erhitzungstemperatur, ermöglicht wird. Die Kenntnis der Gr~sse dieser
Scherfestigkeit ist von wesentlicher Bedeutung
f³r die Voraussage
der Fehlerneigung verdichteter Nass-und Trockengussformen und Kerne. Bei Nassguss
wird der Prüfkörper unmittelbar nach dem Ramnen geprüft, d. h. in noch feuchtem
Zustand bei Crocken-uss und Kernsanden nach den entsprechenden Trocknungs-, Back
oder sonstigen Aushärtevorgängen.
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Erfindungsgemõss wird die Aufgabe dadurch gel~st, dass zunõchst ein
Pr³fk~rper - der jedoch an einem Ende mit zwei aufeinanderliegenden Ringen versehen
ist - in bekannter Weise nach DIN 52 9C1 hergestellt wird, wobei durch Variation
der Zahl der Schlõge jede betriebsgegebene Verdichtung einer Form oder eines Kernes
nachgeahmt werden kann. In diesem Zusammenhang ist zu vermerken, dass die zylindrischen
Innenflächen beider Ringe mit ein"r rauhen Oberfläche versehen werden, um ein etwaiges
Ableiten der Ringe von dem Prüfkörper zu vermeiden.
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Der jetzt in dev Hohlzylinder befindliche Pr³fk~rper wird zur Durchführung
der Pr³fung der Abscherfestigkeit auf eine Auflage des Abscherfestigkeitspr³fgerõtes
gestellt, das aus drei funktinosgemõss zusammengeh~rigen und auf einer {, emeinsamen
Bodenplatte angeordneten Konstruktionselenenten besteht, namlich : eine Heizquelle,
ein hydraulisch betRtigtea Scherfestigkeitspr³fgerõt und eine Auflgae zur Aufnahme
des Pr³fk~rpers. Der Pr³fk~rper wird nunmehr mittels der Heizquelle entsprechend
den in abgegossenen Giessformen herrschenden Verhältnissen rasch und hoch erhitzt
und
anschliessend sogleich mit dem Scherfestigkeitsprüfgerät einer Prüfung unterzogen,
wobei der am oberen Ende des Prüfkörpers befindliche Ring von dem Prüfkörper lb
wird.
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Die Dicke des von dem Prüfkörper abzuscherenden Ringes entspricht
annähernd jener einer Sandschale, die unter der Einwirkung der Giesshitze in Sandformen
und kernen entsteht. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in
vereinfachter Darstellung, und zwar : Fig. 1 die Herstellung eines erfindungsgenässen
Prüfkörpers auf einem Rammgerät, Fig. 2 eine vergrösserte Ansicht des Prüfkörpers
im im Schnitt, Fig. 3 {lie Seitenansicht eines ScherfestigkeitprUfgerätes und des
Prüfkörpers mi eilweisen Ausschnitten, sowie eine U'er dem Prüfkörper in Aktionsstellung
befindliche Heizquelle und Fig. 4 eine Draufsicht auf Fig. 3 mit ausgeschwenkter
Heizquelle.
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Zur Ausfiihrung des Verfahrens wird zunächst mit einen Rammgerät bekannter
Art ein Prüfkörper, dessen Volume, Gewicht und Zusammensetzung im voraus bestimnt
werden, aus, Giesserelsand hergestellt.
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In der auf dem Sockel 1 befestigten Bodenplatte 2 sind Aussparungen
3 und 4 zur Aufnahme e eineG Hohlzylinders 9 und zweier ringe 6 und 5 angeordnet.
Zwischen dem Ring 6 und dem Hohlzylinder 9 kurde eine geringe Distanz vorgesehen,
damit der Ring 6 beim Abscherversuch nicht gegen uie a'~ante des Hohlzylinders 9
zu liefen komnt. Der auf dem Rin 6 befindLiche Hing 5 dient beim Abscherversuch
der Eliminierung des Reibungswiderstandes, der durch den auf einer Seite des ?.
inges 6 anhaftenden Sand bei Nichtvorhandensein des Ringes 5 zu überwinden wäre.
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Die Ringe 5 und 6 werden auf die Auflage 8 der Bodenplatte 2 gestellt
und die im voraus bestimcite Gewichtsmenge Giessereisand wird zur Herstellung des
Prüfkörpers 11 in den Innenraum geschüttet, der von der Auflage 8, den Ausbohrungen
der Ringe 5 und 6 und der Innenwand des Hohlzylinders 9 begrenzt wird. Kittels des
Hammkolbens 10 werden nunmehr in bekannter Weise drei Rammschlõge zur Verdichtung
des aufgelockerten Sandes ausgef³hrt. In angehobener Stellung des Rammkolbens 10
wird der Hohlzylinder 9 mitsamt dem jetzt fertiggestellten Probekörper 11 und den
Ringen 5 und 6 aus der Aussparung 3 und 4 der Bodenplatte 2 herauagehoben und zur
weitern Behandlung mit der offenen Seite auf eine mit einer Bodenplatte 12 fest
verbundene Auflage 13 gestellt. Zur Befestigung des Hohlzylinders 9 ist ein kurzer
zylindrischer Körper 14 vorgesehen, der mit der Auflage 13 eine Einheit bildet.
Seitlich
des Körpers 14 ist eine nutenf~rmige Ausnehmung 15 angeordnet,
wodurch beim Ueberstülpen des Hohlzylinders 9 aber den zylindrischen Körper 14 ein
Entweichen der Luft aus dem Raum zwischen dem zylindrischen Körper 14, dem Prüfkörper
11 und der Innenwandung des Hohlzylinders 9 ermöglicht wird.
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Zur weiteren Ausübung des Verfahrens wird der Probekörper 11 mit einer
geeigneten Heizquelle durch Hitzestrahlung oder -Leitung aufgeheizt. Das Heizaggregat
besteht aus einer Fussplatte 40, einem Rohr 41 mit Feststellschraube 42, einer in
dem Rohr 41 vertikal verschieb- und schwenkbaren Stange 43 und einem Heizkörper
44, der mit einer Heizplatte 45 versehen und an der oberhalb gebogenen Stange 43
aufgehängt ist.
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Zweckentsprechend wird das Heizaggregat auf der Bodenplatte 12 mittels
einer Verschraubung befestigt und so plaziert, dass beim Einschwenken des Heizk~rpers
44 eine vollkommene Ueberdeckung des Prüfkörpers 11 durch die Heizplatte 45 erzielt
wird. Es ist beim Beheizen des Prüfkörpers 11 ausserdem zur Vermeidung von W§rneverlusten
zu beachten, dass der Luftepalt zwischen dem Prüfkörper 11 und der Heizplatte 45
so klein wie möglich gehalten wird.
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Nach erfolgter Aufheizung des Prüfkörpers 11 auf die gew³nschte Temperatur
wird der ³ber dem Pr³fk~rper befindliche Heizkörper 44 ausgeschwenkt und die Abscherfestigkeit
des Pr³fk~rpers 11 mittels eines geeigneten, z. B. hydraulisch arbeitenden Scherfestigkeitspr³fgerõtes
gemessen. Das in
vereinfachter AusfUhrungsweise dargestellte Prüfgerät
ist durch eine Verachraubung 18 mit einem Ständer 16 fest verbunden, der seinerseits
wiederum durch zwei Verschraubungen 37 in fester Verbindung mit der Bodenplatte
12 steht.
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Drs. eigentliche Prüfgerät besteht aus zwei voneinander lösbaren
Teilen, von denen das eine den Druckzylinder 31 und das andere den Arbeitszylinder
22 enthält. Die den Arbeitszylinder 22 enthaltende Muffe 17 ist nit einem Gewinde
versehen, das in eine mit einem Gewinde versehene Bohrung des StEnders hineingeschraubt
wird. In den Arbeitszylinder 22 ist ein mit einer Kolbenstange 34 verbundener Kolben
33 verschiebbar angeordnet. Die Kolbenstange 34 ist durch die Bohrung 21 einer an
der Muffe 17 befestigten Abschlussplatte 20 geführt und an ihrem Ende mit einer
Stossplatte 35 versehen, in die zur besseren Führung des Ringes 6 eine dem Aussendurchmesser
des linges angepasste FUhrungsbahn 46 eingearbeitet wurde. Auf der der Abschlussplatte
20 gegenüberliegenden Seite wurde koaxial zum Arbeitszylinder 22 eine Ausbohrung
m. it einem Gewinde versehen, mit der mit Zwischenlegung eines Dichtungsrinces 38
eine Hülse 25 mit einem entsprechend angepassten Gewinde durch Verschraubung 23
verbunden ist. Die H³lse 25 enthElt einen Druckzylinder 31, der durch eine Bohrung
32 mit dem Arbeitszylinder 22 verbunden ist. In dem Druckzylinder 31 ist ein Druckkolben
30 durch eine mittels Handrad 28 betätigte Spindel 27 verschiebbar angeordnet. Für
die Spindel 27 ist ein entsprechendes Gewinde 29 in der an der Hülse 25 befestigten
Abschlussplatte
26 vorgesehen. Zweckdienlicherweise ist die Flõche
des Druckkolbens 30 um das 5-fache gr~sser als d@ des Arbcitskolbens 33 gewõhlt
worden, um die f³r die Abscherung des Pr³fk~rpers 11 erforderlichen rafte besser
mit einem an dem Druckzylinder 31 angeschlossenen " : anometer 36 erfassen zu können.
Us zeitraubende Umrechnungen zu ersparen, wurde die Jkala des'Manometers 36 so gestaltet,
dass auf dieser, sowohl der auf den Ring 6 ausgeübte Druck, als auch die vom Druckkolben
30 erzeugte Kraft ablesbar ist.
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Es wird besonders vermerkt, dass die Muffe 17 je nach Bedarf geben
eine andere mit einem in Durchmesser grösseren oder kleir : eren Arbeitszylinder
ausgetauscht werden kann.
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Durch das erfindungsgemõsse Verfahren wird es nunmehr erm~glicht,
auf einfache Weise die Bestimmung der Grenzschichtscherfestigkeit bei der Entstehung
der Sandschale vorzunehmen.