DE3127313C2

DE3127313C2 - Verfahren zur Herstellung einer Gießform

Info

Publication number: DE3127313C2
Application number: DE19813127313
Authority: DE
Inventors: Albert Barrington Ill. Musschoot
Original assignee: General Kinematics Corp
Current assignee: General Kinematics Corp
Priority date: 1980-12-04
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1990-09-13
Also published as: FR2495514A1; JPH023656B2; CA1177221A; GB2088762B; FR2495514B3; BE889900A; DE3127313A1; CH653931A5; GB2088762A; JPS5797841A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Gußform für flüssiges Metall, wobei ein in einem Formkasten (10) in Formsand (15) eingebettetes Gußmodell (11) verwendet wird, wird vorgeschlagen, den Formkasten (10) in eine erste Vibrationsbewegung zu versetzen mit derartiger Frequenz und Amplitude, daß dem Formkasten und seinem Inhalt die Erdbeschleunigung übersteigende Beschleunigungen aufgeprägt werden und anschließend in eine zweite Vibrationsbewegung zu versetzen mit derartiger Frequenz und Amplitude, daß die Beschleunigungen des Formkastens und seines Inhalts geringer sind als die Erdbeschleunigung. Während der ersten Vibrationsbeschleunigung füllt der Formsand sämtliche Hohlräume und Durchgänge des Gußmodells aus; die zweite Vibrationsbewegung führt zur Verdichtung des Formsands an Ort und Stelle. Es können daher auch kompliziert geformte Gußstücke, wie beispielsweise Motorzylinderblöcke, mit inneren Hohlräumen und Durchgängen gegossen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gießform gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem aus der DE-AS 13 01 440 bekannten Verfahren dieser Art, wird der Formstoff in der ersten Stufe mittels eines durch Druckluft erzeugten Wirbelbettes bis zur Schwebe aufgelockert, um das Modell einzuführen. Danach wird in der zweiten Stufe durch Drosselung der Preßluftzufuhr bis hin zum Abstellen und zusätzlich durch Anlegen von Vakuum, ggf. unterstützt durch einen herkömmlichen Rüttler, der Formstoff verdichtet. Modelle mit kompliziert geformten inneren Durchgängen, Hohlräumen oder dergl. werden bei diesem bekannten Verfahren häufig nicht ausreichend genau vom Formstoff umhüllt und ausgefüllt, da in denjenigen Raumbereichen des Formkastens, die aufgrund entsprechender Abschattung von der durch den Formkastenboden eintretenden Preßluft nicht erreicht werden können, sich das gewünschte Wirbelbett nur unvollständig aufbaut. Auch ist der apparative Aufwand, insbesondere bei Verwendung sowohl einer Preßluftzuführung als auch eines Rüttlers, relativ hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches die Herstellung einwandfreier Gießformen auch bei Modellen mit komplizierter Formgebung, insbesondere mit Durchgängen und Hohlräumen, erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Formkasten-Vibration in der ersten Stufe wird der Formkasten samt Modell und Formstoff mit einer die Erdbeschleunigung g übersteigenden Beschleunigung in Bewegung versetzt. Dies hat zur Folge, daß der Formstoff praktisch in allen Bereichen des Formkastens und auch in Durchgängen und Hohlräumen des Modells fluidisiert wird und schließlich sämtliche Öffnungen im Gußmodell ausfüllt. In der zweiten Stufe wird die Vibrationsbeschleunigung auf Werte kleiner als g reduziert, was zur wirksamen Verdichtung des Formstoffs an Ort und Stelle führt. Wenn schließlich die Schmelze in den Formkasten eingegossen wird und den Raum des aus der Gießform im gasförmigen Zustande entweichenden Modell-Materials einnimmt, bleibt der verdichtete Formstoff an Ort und Stelle, so daß man ein modellgetreues Gußteil erhält.
Aus der DE-AS 12 03 920 ist an sich bekannt, den Formstoff nach dem Einbetten des Modells in Ausnehmungen desselben einzurütteln. Das Modell besteht auch hier aus einem bei Kontakt mit der eingegossenen Schmelze in den gasförmigen Zustand übergehendem Material, wobei zu diesen Materialien Wachs, gefrorenes Quecksilber sowie Kunststoffschäume, beispielsweise Polystyrol, zählen. Dieser Druckschrift sind keinerlei Hinweise dahingehend zu entnehmen, ein zweistufiges Vibrationsverfahren einzusetzen, wobei in der ersten Vibrationsstufe Frequenz und Amplitude derart eingestellt werden, daß der Formstoff in fluidisierten Zustand übergeht, um hierdurch nicht nur das Einbetten des Modells zu erleichtern, sondern auch kompliziertere Modellformen, wie z. B. Aushöhlungen oder Durchgänge, vollständig mit Formsand ausfüllen zu können.
Von Vorteil ist es, wenn die Vibrationsbewegung in der ersten und/oder zweiten Stufe im wesentlichen vertikal verläuft.
Die Erfindung wird im folgenden an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Formkasten, in dem ein Gußmodell hängt;
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Formkasten gemäß Fig. 1, wobei gerade Formsand in den Formkasten geschüttet wird;
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des auf einer Vibrationsvorrichtung befestigten, eine Gußform und Sand enthaltenden Formkastens;
Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch den Formkasten gemäß Fig. 1 bis 3, wobei gerade flüssiges Metall eingegossen wird und
Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch den Formkasten gemäß Fig. 1 bis 4 mit dem sich ergebenden Metallguß in Form des Gußmodells.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen die aufeinanderfolgenden erfindungsgemäßen Verfahrensschritte. Als erstes ist ein Formkasten 10 gezeigt mit einem Gußmodell 11, welches über eine Aufhängeeinrichtung 12 (beispielsweise Drahtseil) im Formkasten 10 aufgehängt ist. Das Gußmodell 11 kann aufgrund seiner komplizierten Formgebung vor dem Eingießen des flüssigen Metalls nicht aus dem Formkasten 10 und dem Sand herausgenommen werden. Derartige komplexe Gußmodelle werden aus Materialien hergestellt, welche in gasförmigem Zustand übergehen, sobald sie in Berührung mit dem flüssigen Metall geraten. Derartige Materialien sind beispielsweise Polyurethanschaum und Polystyrolschaum (insbesondere Styrofoam (Wz)). Die komplizierte Form des Gußmodells 11 ist in den Figuren schematisch durch die Hohlräume 13 und den Durchgang 14 veranschaulicht, wobei der Durchgang 14 auch ein Sackloch im Gußmodell 11 sein kann.
Während das Gußmodell 11 an seinem vorgesehenen Orte hängt (siehe Fig. 1), wird mit Hilfe eines Förderers 16 zur vollständigen Ausfüllung des Formkastens 10 Sand 15 zugeführt. Der angefüllte Formkasten 10 wird dann auf eine Vibrationsvorrichtung 17 gestellt, die eine Basis (bzw. Basisplatte) 18 sowie eine Vibrationsplatte 19 umfaßt, die oberhalb der Basis 18 auf Federn 20 aufgelagert ist. Vibrationserzeuger 21 in Form von Elektromotoren 22 mit Motorwellen, die Exzenter-Gewichte 23 tragen, sind an der Unterseite der Vibrationsplatte 19 angeordnet, um die Vibrationen zu erzeugen. Als Vibrationserzeuger 21 kommen die in der US-PS 33 58 815 gezeigten Vibrationserzeuger in Frage, bei denen die effektive Kraft der Exzenter-Gewichte von Null bis zu einem Maximalwert variiert werden kann, wodurch man die erwünschte Amplitudenvariation erhält.
Der Formkasten 10 wird an die Vibrationsplatte 19 mittels Klammern 24 festgeklammert, woraufhin die Vibrationserzeuger 21 in Betrieb gesetzt werden, um auf den Formkasten 10 und dessen Inhalt eine Vibrationskraft auszuüben, die die Gravitationskraft übersteigt. Die Beschleunigung in Einheiten der Erdbeschleunigung g kann mit Hilfe des Ausdrucks @O:°KS°kó°KF°k¥:70400&udf54; berechnet werden, wobei S die Amplitude in Einheiten von 2,54 cm und F die Frequenz in Hüben pro Minute ist. Bei einer Frequenz von beispielsweise 60 Hz und einer Hub-Amplitude von 0,01778 cm wird daher eine Beschleunigung von 1,29 g dem Formkasten 10 sowie seinem Inhalt aufgeprägt. Aufgrund dieser Beschleunigung fließt der Sand (ggf. nach Art eines Fließ- oder Wirbelbettes) in die Hohlräume 13 und Durchgänge 14 und füllt diese vollständig aus, auch dann, wenn diese Durchgänge sacklochartig sind. Selbst wenn die Gußform noch feinere bzw. engere Durchgänge besitzt, werden diese Durchgänge schließlich vollständig ausgefüllt. Nach einigen Minuten Vibration mit die Gravitationsbeschleunigung übersteigenden Vibrationsbeschleunigungen, wird der Hub der Vibrationsvorrichtung verringert, um hierdurch die Beschleunigungskräfte unter den Wert für die Gravitationskraft zu reduzieren. Wird im angeführten Beispiel unter Beibehaltung der Hubfrequenz von 3600 Zyklen pro Minute die Hub-Amplitude auf 0,01143 cm reduziert, so verringert sich dementsprechend die Vibrationskraft (d. h. die Beschleunigung) auf 0,83 g, bzw. bei einem Hub von 0,0127 cm auf 0,92 g. Die einige Minuten andauernde Beschleunigung mit Werten kleiner als g wirkt sich in der Weise aus, daß der Sand jeweils an Ort und Stelle verdichtet wird, so daß der Formsand dann seine jeweilige Lage beibehält, wenn das flüssige Metall in den Formkasten gegossen wird.
Fig. 4 zeigt wie flüssiges Metall 25 aus einem symbolisch dargestellten Tiegel 26 in den Formkasten 10 gegossen wird, wobei das flüssige Metall über einen kurzen einstichartigen Durchgang 27 Zugang zum Gußmodell 11 erhält. Das aus Schaum, insbesondere Hartschaum, bestehende Gußmodell 11 geht, sobald es in Kontakt mit dem flüssigen Metall 25 kommt, in gasförmigen Zustand über, woraufhin dieses Gas entweicht und das Metall die Form des Gußmodells 11 annimmt. Daraufhin läßt man das Metall abkühlen, wobei es, wie in Fig. 5 dargestellt, als Metallblock 28 den vorher vom geschäumten Gußmodell 11 eingenommenen Raum vollständig ausfüllt und dabei als getreue Reproduktion sämtliche der vorher im Gußmodell angeordneten Hohlräume und Durchgänge aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft beim Aluminiumguß von Motorzylinderblöcken herausgestellt. Unter Zuhilfenahme der Erfindung können Gußmodelle für die Zylinderblöcke mit Kühlmittel-Durchgängen und anderen Hohlräumen und Durchgängen ausgeformt werden, wobei man dann nach dem Gießvorgang einen Motorzylinderblock erhält mit den eben erwähnten Ausformungen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Gießform, bei dem ein Modell aus bei Kontakt mit der eingegossenen Schmelze in den gasförmigen Zustand übergehendem Material in einem zweistufigen Verfahren in rieselfähigen Formstoffen eingebettet wird, wobei der Formstoff zunächst zur Einbettung des Modells in fluidisierten Zustand versetzt und anschließend verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkasten mit dem Formstoff in der ersten Stufe mit einer Frequenz in der Größenordnung von 60 Hertz und einer Amplitude in der Größenordnung von 0,018 cm und in der zweiten Stufe mit einer Frequenz in der Größenordnung von 60 Hertz und einer Amplitude in der Größenordnung von 0,011 cm vibriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsbewegung in der ersten und/oder zweiten Stufe im wesentlichen vertikal verläuft.