DE19613098A1 - Verfahren zur Herstellung von Musterwerkzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Musterwerkzeu­ gen für den Druck- und Spritzguß, nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs.

Um eine größere Zahl von Modellen zu erhalten mußte bisher ein teures Werkzeug für den Druck- oder Spritzguß in herkömmlicher Weise gebaut werden. Hierzu wur­ den Formhälften in einem langwierigen und teueren Verfahren erodiert und/oder gefräst.

Es war die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen, mit dem Musterwerk­ zeuge für eine größere Anzahl von Metallmodellen in einfacher Weise ko­ stengünstig und schnell hergestellt werden können.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1. Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einem Urmodell aus, dessen Oberflä­ che so zu behandeln ist, daß sie bereits Serienqualität aufweist und in dessen Geometrie die Schwundmaßkette berücksichtigt ist. Mit diesem Urmodell wird nun die Urform für das spätere Musterwerkzeug erstellt, indem das Urmodell mit einer elastischen, ausbrennbaren Masse ummantelt wird. In vorteilhafter Weise wird zum Einbetten und Stabilisieren des Urmodels ein grobes Granulat des gleichen aus­ brennbaren Kunststoffes verwendet. Auf diese Weise können gleichzeitig beispiels­ weise Wachsschnüre für die Kühlkanäle so eingelegt werden, daß diese optimal an die Form des Urmodells angepaßt sind. Ebenso können Auswerfer und Angüsse vorgesehen werden.

Nach dem Aushärten der Masse wird der Block an der Linie aufgeschnitten, die auch die späteren Werkzeughälften trennt.

Diese Urform wird nun zur Erstellung einer Feingußform mit einer keramischen Masse umgossen. Nach dem Aushärten wird die elastische Masse des Formblocks durch Ausbrennen oder Ausschmelzen aus dem Hohlraum der Feingußform ent­ fernt, die dann mit metallischen Formwerkstoffen abgegossen werden kann.

Nach dem Entformen werden die so gegossenen Werkzeughälften mit Anguß und Auswerfern ausgerüstet und in Werkzeugführungen eingebaut. Durch eventuelles Feinläppen der Kavität läßt sich eine hervorragende Oberflächengüte der mit dem Werkzeug hergestellten Druckguß- bzw. Spritzgußmodelle gewährleisten.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren führt zu Musterwerkzeugen, deren Herstellkosten weit unter den Kosten von herkömmlichen Musterwerkzeugen liegen. Dies ermöglicht die Erstellung von Modellen zu einem Preis, der weit unter dem bisher Machbaren liegt. Der Einsatz von schnellen und preisgünstigen Vorserien­ teilen in Serienqualität wird dadurch realisierbar.

Als Urmodell läßt sich ein stereolithografisch erstelltes Modell verwenden. Da diese Modelle voll rechnergesteuert angefertigt werden, können sie praktisch ohne Zwi­ schenschritte und ohne Zeitverlust direkt vom Konstruktionsbildschirm aus produ­ ziert werden. Durch bestimmte Algorithmen können auf diese Weise auch Schwindmaße sofort in das Urmodell mit einberechnet werden.

Die Serienqualität der Urmodelloberfläche läßt sich am besten durch Fräsen errei­ chen. Die leicht stufige Oberfläche von stereolithografisch erzeugten Urmodellen kann mit einem 5-Achs-Fräser (High Speed Fräser) mit hoher Geschwindigkeit überschliffen werden. Dabei muß mit keiner Einbuße der Genauigkeit gerechnet werden, wenn das Urmodell mit einem gewissen Übermaß erzeugt wurde.

Das Umgießen des Urmodells erfolgt vorteilhaft unter Vakuum. Hierdurch ergibt sich ein schneller Gußvorgang, bei dem ein blasenfreies Ausgießen auch kleiner Ecken und Hinterschneidungen sichergestellt ist.

Besonders vorteilhaft wirkt es sich aus, wenn die fertigen Feingußformen ebenfalls unter Vakuum mit dem Metall abgegossen werden. Auf diese Weise ist keine be­ sondere Technik und kein besonderes Material zur Herstellung der Feingußformen notwendig. Bei herkömmlichen Abgüssen müssen diese Formen luftdurchlässig sein, um sicherzustellen, daß eingeschlossene Luft nach außen entweichen kann. Wird jedoch unter Vakuum abgegossen, können die Formen in einfacher Weise durch Umgießen der Formblockteile mit keramischer Schlickermasse erstellt wer­ den. Um auch hier eine glatte Oberfläche ohne Lufteinschlüsse zu erzielen, ge­ schieht dies in vorteilhafter Weise ebenfalls unter Vakuum.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen und werden durch die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels einge­ hend erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vakuumkammer für die Gießvorgänge,

Fig. 2 ein zum Erzeugen der Urform bestücktes Gestell,

Fig. 3 ein zum Vergießen von Metall in die Feingußformen bestücktes Ge­ stell und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines eingegossenen Urmodells mit Platzhaltern für die Kühlkanäle.

Ein druckfester Kessel 1 ist mit einer Türe 2 versehen, in die eine Glasscheibe 3 eingesetzt ist. Auf dem Kessel 1 befindet sich eine Pump- und Steuereinheit 4. An dem Kessel 1 ist ein Bedienfeld 5 mit Anzeigedisplay 6 angebracht. Das Bedien­ feld 5 ist über eine flexible Leitung 7 mit der Pump- und Steuereinheit 4 verbunden. Von der Steuereinheit führt eine weitere Leitung 8 durch die Wand des Kessels 1 zu einem Steckverbinder 9 im Innern des Kessels. Die Pumpe ist durch nicht sichtbare Leitungen und Ventile mit dem Kesselinnenraum verbunden.

Im Innenraum des Kessels 1 befindet sich das Gestell 10. In diesem Gestell sind Leitungen zu mehreren Anschlußmöglichkeiten 11, 12, 13 für elektrische Geräte verlegt. Diese Leitungen münden in ein Kabel 14, das über einen weiteren Steck­ verbinder 15 mit dem Steckverbinder 9 gekoppelt werden kann. Über dieses Kabel werden sowohl die Versorgungsspannung als auch Steuersignale übertragen.

Weiterhin sind an dem Gestell 10 verstellbare Befestigungseinrichtungen 16,17, 18 zur Aufnahme der benötigten Gerätschaften vorgesehen. In diesem Ausführungs­ beispiel sind eine Schwenkeinrichtung 19, ein damit verbundenes Rührwerk 20 und ein ebenfalls mit der Schwenkeinrichtung verbundenes Rührgefäß 21 gezeigt. Wei­ terhin sind noch ein Trichter 22 und eine Wärme- und Halteplatte 23 für die Form 24 angebracht. Das Gestell 10 ist zum leichten Be- und Entladen der Vakuumkammer mit Rollen 25 versehen.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen andere Bestückungen, die bei der Erläuterung des Verfah­ rens noch ausführlich beschrieben werden.

Wurde auf stereolithografischem Weg ein Urmodell erstellt, so besteht sehr oft der Wunsch möglichst schnell und preiswert entsprechende Modelle aus Druck- bzw. Spritzguß zu fertigen. Hierzu muß kostengünstig ein Musterwerkzeug erstellt wer­ den. Zuerst wird eine negative Form des Urmodells angefertigt. Das Gestell 10 wird zu diesem Zweck in vorteilhafter Weise entsprechend Fig. 2 bestückt. Auf den Hal­ ter 16 wird ein Formkasten 26 gestellt, in dem das Urmodell in bekannter Weise aufgehängt ist. Auf die Befestigungseinrichtung 17 wird eine Dosierpumpe 27 auf­ gesteckt, die die Gießkomponenten entsprechend dosiert, mischt und dem Formka­ sten 26 zuführt. Die Gießkomponenten sind in den Behältern 28, 29 bevorratet, die ebenfalls an weitere Befestigungseinrichtungen angesteckt sind.

Das fertig bestückte Gestell 10 wird in den Kessel 1 eingefahren und der Steckver­ binder 15 mit dem Steckverbinder 9 gekoppelt. Darauf wird die Vakuumkammer ge­ schlossen und der Innenraum evakuiert. Nach Aufbau des Vakuums wird die Do­ sierpumpe 27 in Betrieb gesetzt und der Formkasten 26 mit aus den Komponenten zusammengemischtem Material gefüllt. Das in dem Formkasten aufgehängte Ur­ modell wird dadurch blasenfrei von dem Material umschlossen. Nach dem Füllvor­ gang kann die Tür 2 nach kürzester Zeit geöffnet und das Gestell zum Aushärten herausgefahren werden. Die Vakuumkammer steht daher sofort für andere Anwen­ dungen zur Verfügung.

Die entformten Formblöcke, die auch als Urform oder Urwerkzeug angesehen wer­ den können, werden dann genauso wie das Urmodell in Formkästen aufgehängt und wiederum in der Vakuumkammer mit Keramikmasse umgossen. Um Dampfbla­ senbildung im Vakuum zu vermeiden, empfiehlt es sich in diesem Fall unter Küh­ lung zu rühren und evtl. mit Kühleinrichtungen zu arbeiten.

Ein für den Metallguß bestücktes Gestell ist in Fig. 3 gezeigt. Die aus der Keramik­ masse hergestellte Feingußform, aus der ein Formblock der Urform bereits ausge­ schmolzen oder ausgebrannt wurde wird in das beheizbare Gefäß 30 gestellt. Der dargestellte Trichter 31 ist Bestandteil der Feingußform. Über der Öffnung des Trichters 31 ist ein beheizbares Gießgefäß 32 mit einer Schwenkeinrichtung am Gestell 10 befestigt. Beim Vergießen von schwer oxidierbaren Metallen kann der Aufheiz- und Verflüssigungsvorgang außerhalb der Kammer vollzogen werden; bei leicht oxidierbaren Metallen sollte dies bereits im Vakuum geschehen. In jedem Fall sollte wieder unter Vakuum vergossen werden.

Das Entformen der gegossenen Musterwerkzeuge braucht nicht weiter beschrieben zu werden, da es seit langem hinreichend bekannt ist.

In Fig. 4 ist ein Urmodell 40 zu sehen, das in das Granulat 41 eingebettet ist. An die Form dem Urmodells angepaßt ist eine Wachsschnur 42 ebenfalls in das Granulat
eingelegt. Wenn sowohl das Urmodell als auch die Wachsschnur durch das Granu­ lat stabilisiert sind, wird der Formkasten 43 mit flüssigem Kunststoff aufgefüllt. Nach dem Aushärten und Aufschneiden des Formblocks können die Formhälften erwärmt werden, so daß das Wachs schmilzt und die Schnur herausgezogen werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Musterwerkzeugen für den Druck- und Spritz­ guß, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Schritte:

• a) Herstellen eines Urmodells mit einer Oberfläche in Serienqualität,
• b) Umgießen des Urmodells mit einer elastischen, ausbrennbaren Masse, Aufschneiden des ausgehärteten Formblocks und Entnahme des Urmo­ dells aus dem Hohlraum,
• c) Herstellen von Feingußformen durch Ummanteln der Formblockteile mit einer keramischen Masse oder Gips und Ausbrennen der Formblock­ teile nach dem Aushärten der Formen,
• d) Abgießen der Feingußformen mit metallischen Formwerkstoffen und Entformen der Werkzeugteile nach dem Auskühlen,
• e) Nach bearbeiten der Werkzeugteile.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Urmodell stereolithografisch erstellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen­ güte des Urmodells durch Fräsen erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgießen des Urmodells unter Vakuum erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Umgie­ ßen das Urmodell in ausbrennbares Kunststoffgranulat eingebettet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das Kunst­ stoffgranulat Platzhalter für Kühlkanäle und/oder Anguß und/oder Auswerfer eingelegt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgießen der Feingußformen unter Vakuum erfolgt.