DE1951948A1

DE1951948A1 - Formverfahren zur Herstellung von Gusswerkstuecken sowie Form und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1951948A1
Application number: DE19691951948
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Bernard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-10-31
Filing date: 1969-10-15
Publication date: 1970-05-06
Also published as: GB1285929A; FR1599040A; ES373286A1

Description

DERPATENTANWALTDUiL-ING₁W BEYER FRANKFURT/MAIN Dipl .-WirtSCh.-Ing.B. Jochem FREIHERR-VOM-STEIN-STRASSEie

Jean-Pierre BEBNARD

5 avenue Valioud

SAINTE-FOY IiES LYON /Frankreich

Priorität der französischen Patentanmeldung PV Bhone 50 563 vom 31.Oktober 1968

Formverfahren zur Herstellung von Gußwerkstücken sowie Form und Vorrichtung zur Durchführung des

Verfahrens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formverfahren zur Herstellung von Gußwerkstücken in Sandformen sowie eine Form und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .

Die Verfestigung von gegossenem Metall geschieht bekanntlich in Abhängigkeit der Abkühlgeschwindigkeit, welche wiederum eine Funktion der Wanddicke des gegossenen Werkstücks ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die zunächst in der Schmelze enthaltene Wärme während der Abkühlung auf den umgebenden Sand der Form übergeht, der, da Sand vorzügliche Isolationseigenschaften besitzt, bis zu einem Gleichgewichtszustand erwärmt wird, bei welchem sich die vom Werkstück auf den Sand und umgekehrt übergehende Wärme die Waage hält. Da nun die stärker ausgebildeten Teile oder Wände eines Gußwerkstückes gegenüber den dünneren mit zeitlicher Verzögerung abkühlen, bilden sich

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wegen dieser Ungleichmässigkeit ausser Rissen am Werkstück im Inneren der stärkeren Zonen Fehlstellen und Lunker.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Formverfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe die vorstehend aufgezeigten Mängel vermieden werden und mit grosser Sicherheit qualitativ hochwertige Gußwerkstücke hergestellt werden können.

Zur Erfüllung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss vorgesehen, daß die Form entsprechend einer bestimmten relativen Abkühlgeschwindigkeit einzelner Bereiche des Werkstücks stellenweise mit Wasser gekühlt wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren bietet den Vorteil, daß die längst bekannte Ursache der meisten Gußfehler unabhängig von der Form des Werkstücks gründlich beseitigt wird. Dadurch wird eine Verminderung des Ausschusses und damit der Selbstkosten erreicht, ganz abgesehen davon, daß die Abkühlung insgesamt wesentlich beschleunigt wird, was für die Serien- oder Massenfertigung bedeutsam ist.

In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens werden w«»4ea bei Verwendung von einem oder mehreren ) Formkernen auch diese örtlich unterschiedlich mit Wasser gekühlt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird beim Formen das Modell nur mit einer sehr dünnen Schicht Formsand umgeben, so daß der Sand keine die Wirksamkeit der örtlich differenzierten Wasserkühlung beeinträchtigende Isolation bildet.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann vorzugsweise mit einer Form ausgeführt werden, die aus paarweise zusammenwirkenden, dem äusseren Umriss des Werkstückes mit geringem Zwischenabstand grob folgenden metallischen Formmasken besteht, in

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deren Wandung die Wasserkühlung in Form örtlich unterschiedlich dimensionierter Kühlkanäle installiert ist. Dabei wird man vorzugsweise, sofern erforderlich, auch wassergekühlte metallische, sandüberzogene Formkerne benutzen.

Für eine Produktion einzelner Gußwerkstücke in grosser Anzahl wird zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei welcher die Formmasken am Umfang eines karussellartigen Drehgestells angebracht sind und über mit umlaufende Anschlußleitungen, mit einer mit Bezug auf das Drehgestell zentralen Kühlwasserversorgung und Rückleitung verbunden sind. Diese Vorrichtung kann zweckmässigerweise noch eine weitere Ausgestaltung dadurch erfahren, daß in im Kreis umlaufende, paarweise zusammenwirkende Formmasken wassergekühlte Kerne vor dem Abgießen selbsttätig einsetzbar und nach der Abkühlung des Werkstückes wieder herausziehbar sind, wobei die Kerne über elastische Verbindungsleitungen an die zentrale Kühlwasserversorgung angeschlossen sind und auch in dem Umfangsbereich des kreisförmigen Förderweges der Formmasken, in welchem sie aus" diesen herausgezogen sind, parallel und synchron zu ihnen auf einer kreisförmigen Bahn geführt sind.

In der Praxis wird man, wenn ein bestimmtes Werkstück in grösserer Stückzahl nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden soll, in einfachster Weise so vorgehen, daß man zu Beginn einige Teile in nicht wassergekühlte Formen gießt. Auf diese Weise läßt sich am sichersten feststellen, welche Bereiche des Werkstücks am langsamsten abkühlen und wo sich Lunker und Risse bilden. Erst danach werden an den entsprechenden Stellen der Formmasken und/oder der Kerne Kühlmittelleitungen installiert, mit fieren Hilfe die Abkühlung der nachfolgend produzierten Werkstücke, und damit auch ihr Gefüge, durch und durch prleichmässig eingestellt werden kann.

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Ein wesentlicher Vorteil des neuen Formverfahrens besteht auch darin, daß die verlorenen Köpfe bzw. das im Einguss aufzufüllende Material, welches Abfall ist, auch beim Giessen gleichzeitig mehrerer, traubenförmig um einen Einguß angeordneter Stücke nur 5 % des Werkstückgewichtes zu betragen braucht, wohingegen nach dem klassischen Formverfahren der Einguß manchmal bis zu 50 % des Stückgewichts ausmachte.

Die Erzielung einer überall gleichmässigen Abkühlung ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, die das erfindungsgemässe Verfahren eröffnet. Durch genau plazierte Kühlwasserkanäle und örtlich verschieden starken Kühlwasserumlauf kann man praktisch die fortschreitende Abkühlung des Werkstücks nach Belieben steuern, insbesondere auch die natürliche Abkühlung von aussen nach innen umkehren. Dadurch lassen sich gerade bei Werkstücken, wo es darauf ankommt, wie z.B. Lauf büchsen oder Zylinder von Motoren oder Kompressoren, mit einem im Inneren völlig fehlerfreien Gefüge herstellen.

Die oben erwähnte karussellartige Förder- und Transportvorrichtung für die Formmasken ist mit weiteren erfinderischen Einzelheiten in der für denselben Anmelder hinterlegten Patentanmeldung P 19 504 4-73 beschrieben.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei auch das neue Verfahren deutlich wird. Es zeigen :

Fig. 1 im Querschnitt nach Schnittlinie I - I in Fig.2 erfindungsgemäss wassergekühlte, geschlossene Formmasken mit ebenfalls wassergekühlten Kernen nach dem Abguß,

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Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II - II in Pig. 1,

Pig. 3 eine schematisierte, ausschnittsweise Schnittdarstellung durch eine Formmaske mit Kühlmittel·- kanälen,

Fig.4- in auseinandergezogener Darstellung einen Axialschnitt durch einen.zusammensetzbaren Formkern,

Fig.5 eine Fig.4- entsprechende Darstellung des Kernes im zusammengesetzten Zustand,

Fig.6 Seitenansicht auf eine karussellartige Fördervorrichtung zum Transport der Formmasken und der Kerne,

Fig.7 eine Draufsicht auf den in Fig. 6 sichtbaren Teil der Fördervorrichtung.

In der Zeichnung sind Gußformen dargestellt, welche jeweils aus paarweise zusammenwirkenden metallischen Formmasken 1 und 2 bestehen, die mit senkrechter Teilfuge entsprechend der in Fig. 2 eingetragenen Schnittlinie I - I zusammengeklappt werden können.

Das öffnen und Schließen jeder Form erfolgt durch eine Schwenkbewegung einer der Formmasken um eine untenliegende Scharnierachse 3. Die Innenseiten der Formmasken sind entsprechend dem herzustellenden Gußwerkstück profiliert und im Beispielsfall auch zur Aufnahme von Kernen 4 bestimmt.

Bevor während des Herstellungsverfahrens die Form um den Kern geschlossen wird, werden die. profilierten Innenseiten der Formmasken 1 und 2 mit einer dünnen Lage Formsand 5 ausgekleidet. Diese Schicht ist so dünn wie möglich, und sie kann in der Praxis tatsächlich klein gehalten werden, da die Festigkeit der Form durch die metallischen Formmasken 1 und gewährleistet ist. Das Eingießen des flüssigen Metalls ge-

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schieht mittels eines zentralen, trichterförmigen Eingusses 6, während über seitliche Steiger 7 Luft und andere Gase aus der Form entweichen. Die Steiger 7 können auch t>ei der elektronischen Steuerung des Füllvorganges benutzt werden, wie dies bei einer automatisch arbeitenden Gießvorrichtung erforderlich ist.

Da die Sandschicht auf den iOrmmasken und den Kernen nur gering ist, gelangt die erfindungsgemäss vorgesehene örtliche Kühlung der Form zu voller Wirkung. Beispiele für die Anlage von Kühlkanälen in den Formmasken 1 und 2 bieten Kanäle 9»10 und 11 unterschiedlichen Querschnitts. Das für die Kühlung im Beispielsfall verwendete Kühlwasser wird zu jeder Form über eine Anschlußleitung 12 herangeführt und fließt dann über eine Leitung 13 wieder zurück.

Jeder Kern 4- wird im wesentlichen gebildet durch einen Hohlkörper 14, z.B. einen Hohlzylinder, der am unteren Ende durch einen Deckel 15 abgeschlossen ist. Mit dem letzteren fest verbunden ist eine zentrale Stange 16, die ebenfalls hohl ausgebildet sein kann und am oberen Ende Bolzen 17 trägt, welche zusammen mit entsprechenden Ausnehmungen am unteren Ende 18 eines Anschlußrohres 19 einen Bajonettverschluß bilden. Das Anschlußrohr 19 ist zentral immerhalb einer Anschlußbüchse 20 angeordnet. Bei Ausbildung mehrerer Formen nebeneinander in zwei zusammenwirkenden Formmasken, wie in Fig. 1 gezeigt,· vereinigen sich die Anschlußrohre 19 und die Anschlußbüchsen 20 an ihrem oberen Ende innerhalb eines Verbindungssteges 21 und haben von dort aus Anschluß an eine Zufuhrleitung 22 bzw. eine Rückleitung

Die vorstehend beschriebene Konstruktion der Kerne 4 gestattet·' deren Auswahl und Auswechseln je nach Werkstück, ohne daß dabei Kühlwasserleitungen zu demontieren bzw. umzubauen wären. Soll ein bestimmter Kern Verwendung finden, so genügt es, den Bajonettverschluß 17»18 zu verriegeln, wobei

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eine dichte· Anlage der Anschlußbüchse 20 am Hohlzylinder 14 durch Metallringe 24 und 25 (Fig. 4 und 5) gewährleistet wird. Löcher 26 in ganz bestimmter Anordnung und mit jeweils ganz bestimmtem Durchmesser sorgen für eine graduell unterschiedliche Abkühlung des gegossenen Materials im Bereich des Kernes, also im Werkstückinneren.

Die in Fig. 6 und 7 dargestellte Vorrichtung ist Teil einer Gießereimaschine, die im grundsätzlichen Aufbau aus einem um eine senkrechte Achse 27 rotierenden Drehgestell besteht. Die Drehbewegung schreitet in Richtung des in Fig.7 eingezeichneten Pfeiles 28 vorwärts. Kontinuierlich wird dabei an einem insgesamt mit 29 bezeichneten Arbeitsplatz jeweils die Form geöffnet, indem jeweils eine von zwei zusammenwirkenden Formmasken, nach Fig. 6 gerade die Formmaske 201 des Formmaskenpaares 101,201 auf-und heruntergeklappt wird. An nachfolgenden Arbeitsstellen 50,31 und 32 werden inzwischen Formmaskenpaare 102,202: 103,203; 104,204 gereinigt oder verputzt. An der Arbeitsstelle 33 wird dann in jede Form, im Beispielsfall die Formmasken 105>205 ein Modell 34 bzw. zusammengehörige Modellhälften, eingeführt und über Düsen'35 Formsand in den Zwischenraum zwischen Modell und Formmaske geblasen. An der Station 36 werden die Kerne 4 in die inzwischen mit abgebundenem Formsand ausgekleidete obere Formmaske 106 eingesetzt. An der nächsten Station 37 schließlich werden die Formmasken 10? und zusammengeklappt, wobei sie die Kerne 4 einschließen.

Wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich, findet der Transport der Kerne 4 zwischen den Arbeitsstationen 29 und 37 ausserhalb der Formmasken statt, wofür bei dem dargestellten.Ausführungsbeispiel eine in Draufsicht (Fig·7) kreisbogenförmige Förderanlage 38 vorgesehen ist, deren Fördermittel entsprechend dem eingezeichneten Doppelpfeil 39 hin undher bewegt werden. An der kreisbogenförmigen Förderbahn sind Haken 40, 41,42,43 und 44 geführt, deren jeder einen am Ver-

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bindungssteg 21 zwischen zwei Kernen 4 befestigten Tragbügel 45 erfassen und halten kann. Im Bereich der Arbeitsstation 30 wird die Fördervorrichtung 38 von einem Kraftzylinder 45 überragt, welcher die Funktion hat, ein Paar Greiferstangen 46 zu senken bzw. zu heben. Mit den letzteren werden die seitlichen Enden der Querstege 21 erfasst, während sich die Kerne 4 noch zwischen den Formmasken 102 und 202 befinden. Daraufhin werden die Kerne angehoben und am Haken 40 angehängt.

Auf der Gegenseite, an der Arbeitsstation 36, befindet sich ein Kraftzylinder 47, welcher ein Paar Greiferarme 48 auf und niederbewegt, so daß sie jeweils einen Quersteg 21 erfassen, vom Haken, im Beispielsfall 44, nehmen und die Kerne 4 bis vor die oberen Fonnmasken, im Augenblick die Maske 106, absenken.

Zwischen den Arbeitsstationen 30 und 36 gelangen die Kerne 4 an eine Arbeitsstation 49 (Fig.6), wo man auf ihnen eine dünne Schicht Sand 8 anbringt, beispielsweise indem man sie in einen Behälter mit einem mit Bindemittel versehenen Formsand taucht, der dort im lockeren, fließfähigen Zustand aufbewahrt wird, oder in dem mit Bindemittel versehener Sand gegen die Kerrie 4 geblasen wird, wobei eine äussere Ummantelung die Stärke der sich auf den Kernen bildenden Sandschicht begrenzt.

Die Anschlußleitungen 22 und 23 der Querstege 21 zwischen den Kernen sowie die Anschlußleitungen 12 und 13 der Formmasken 1 und 2 stehen über biegsame Schläuche 50 und drehende Anschlußstücke mit einer zentralen Verteilerstelle 51 auf der Mittelachse 27 des Drehgestells in Verbindung.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt :

Zu gleichen Zeit, während an den Arbeitestationen 30»31»32 . und 33 an den Formen gearbeitet wird, diese insbesondere gereinigt und mit Formsand ausgekleidet werden, werden auch

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die Kerne 4- für den Gießvorgang vorbereitet, indem sie in dem Behälter 4-9 mit einer Sandschicht umkleidet werden. Der an der Ärbeitsstation 56 ankommende Kern wird dann mittels des Kraft Zylinders 4-7 abgesenkt, an der Arbeit ssta— tion 37 werden die Formen, z.B. 107»207 geschlossen und auf der nachfolgenden Arbeitsstation findet das Gießen statt. Die Abkühlung und Verfestigung des Metalls 52 (Fig. 1 und 3) geht vor sich, während die Form am Drehgestell denjenigen Umfangsbereich durchläuft, welcher in den Figuren 6 und 7 weggelassen ist. Indem Geschwindigkeit und Durchsatz des in den Formmasken 1,2 und/oder den Kernen 4- strömenden Kühlwassers entsprechend fein eingestellt werden, steuert man nach Wunsch die Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze 52· Durch diese erfindungsgemässe Maßnahme wird nicht nur die Abkühlung der Werkstücke überhaupt beschleunigt und somit im Falle einer Serienfertigung die Stückzeit verkürzt, sondern man erhält auch qualitativ hochwertigen Guß mit geringem Verlust an Material, welcher der Grosse und Neigung der Trichter für Einguß 6 und Steiger 7 entspricht.

Im Falle der Figuren 1 und 2 war für den Beispielsfall angenommen worden, daß als Werkstücke Zylinder mit Kühlrippen gegossen werden sollten. Gußtechnisch ist dies eine sehr schwierige Form, wobei hinzukommt, daß besonders hohe Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, fehlerfreie Struktur und Gefüge an das im Inneren gelegene Material im Bereich der Bohrung gestellt werden.

Im vorliegenden Fall können erfindungsgemäss trotz der letztgenannten Schwierigkeiten jeweils zwei Werkstücke in demselben Arbeitsgang in einer Form gegossen werden. Die Verwendung von wassergekühlten Kernen führt zu einer beschleunigten Abkühlung der inneren Materialschichten. Durch die richtige Anzahl Kühlkanäle 9*10 und 11 mit richtigem Querschnitt innerhalb der Formmasken 1 und 2 sowie durch das Arbeiten mit nur einer geringen Sandschicht 5 bzw. 8

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und schließlich eine genaue Festlegung des Kühlwasserdurchsatzes in den Kernen 4 läßt sich eine vom Zentrum der Werkstücke zum Aussenurafang fortschreitende Abkühlung erzielen. Die Abkühlung des Metalls schreitet also im Bereich der Bohrung am schnellsten voran, so daß es im verfestigten Zustand eine hervorragende ^itmetal'-lurgische Qualität gewinnt.

Die Kühlung der lerne 4 bewirkt auch deren Zusammenziehen, so daß sie an der Arbeitsstation 30 leicht aus den Formen gezogen werden können.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die nur beispielhaft beschriebene Herstellung von Laufbüchsen und Zylindern beschränkt ist, sondern für eine Vielzahl anderer Werkstücke mit Vorteil zur Anwendung kommen kann.

Patentansprüche /

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₁₀.69

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Claims

Patentansprüche

1. Formverfahren zur Herstellung von Gußwerkstücken in Sandformen, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1,2) entsprechend einer bestimmten relativen Abkühlgeschwindigkeit einzelner Bereiche des Werkstücks (52) stellenweise mit Wasser gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung durch fließendes Wasser erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von einem oder mehreren Kernen (A-) auch diese örtlich unterschiedlich mit Wasser gekühlt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r ch gekennzeichnet, daß das Modell des Werkstücks nur mit einer sehr dünnen Schicht Formsand (5) umgeben wird, so daß der Sand keine die Wirksamkeit der örtlich differenzierten Wasserkühlung (9,1O»11) beeinträchtigende Isolation bildet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, da du r ch gekennzeichnet, daß die verschiedenen zu kühlenden Stellen der Form (1,2) mit unterschiedlichem Wasserdurchsatz gekühlt werden.

6. Form zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkühlung in Form örtlich " unterschiedlieh dimensionierter Kühlkanäle (9,10,11,26) in eine dünne Sandschicht (5) tragenden metallischen Form-

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masken (1,2) und /oder metallischen, sandüberzogenen Kernen (4) installiert ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

¹ oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Formmasken (1,2) am Umfang eines karussellartigen Drehgestells angebracht sind und über mit-umlaufende Anschlußleitungen (50) mit einer mit Bezug auf das* Drehgestell zentralen Kühlwasserversorgung h (51) und Rückleitung verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e η nzeichnet, daß in im Kreis umlaufende, paarweise zusammenwirkende Formmasken (101 bis 107 und 201 bis 207) wassergekühlte Kerne (4-) vor dem Abgießen selbsttätig einsetzbar und nach der Abkühlung des Werkstückes wieder herausziehbar sind, wobei die Kerne (4) über elastische Verbindungsleitungen (50) an die zentrale Kühlwasserversorgung (51) angeschlossen sind und auch in dem Umfangsbereich des kreisförmigen Förderweges der Formmasken (1,2), in welchem sie aus diesen herausgezogen sind, parallel und synchron

zu ihnen auf einer kreisbogenförmigen Bahn (38) geführt . sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a du rc h g ekennzeichnet, daß die Kerne (4) als Hohlkörper ausgebildet sind, in denen eine Kühlmittelleitung (16) mit öffnungen (26) bestimmter Anzahl und bestimmten Durchmes-

. sers befestigt ist, und daß die Kühlmittelleitung (16) sowie der Hohlkörper (14) dicht aber leicht lösbar an passende Anschlußstutzen (18) bzw. (20) anschließbar sind.

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