DE3514349A1

DE3514349A1 - Verfahren zur herstellung von giessformen durch verdichten von schuettfaehigem formstoff

Info

Publication number: DE3514349A1
Application number: DE19853514349
Authority: DE
Inventors: Norbert Ing.(grad.) 7528 Karlsdorf-Neuthard Damm; Ernst 7502 Malsch Schmitt
Original assignee: Badische Maschinenfabrik GmbH; BMD Badische Maschinenfabrik Durlach GmbH
Current assignee: Badische Maschinenfabrik GmbH; BMD Badische Maschinenfabrik Durlach GmbH
Priority date: 1985-04-20
Filing date: 1985-04-20
Publication date: 1986-10-23
Also published as: JPS61245945A; DK178586D0; EP0199156A3; DD257975A5; EP0199156A2; DK178586A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen durch Verdichten von schüttfähigem Formstoff über einem auf einer Modellplatte innerhal b eines Formraums angeordneten Modell, indem der Formraum mit dem Formstoff gefüllt und auf dessen freie Oberfläche Druckgas hoher Geschwindigkeit zur Wirkung gebracht wird.

Die früher üblichen Verdichtungsverfahren durch Rütteln, Pressen, Preßrütteln oder durch Einschießen des Formstoffs in den Formraum sind in jüngerer Zeit durch Verfahren ersetzt worden, bei denen der Formraum mit dem Formstoff aufgefül It wird und anschließend mittels Druckgas hoher Geschwindigkeit verdichtet wird. Der Erfolg dieses Verfahrens hängt maßgeblich von der Höhe der Geschwindigkeit ab, mit dem die Druckgaswelle auf die Formstoff-Oberfläche wirksam wird, die Formstoffpartikel unmittelbar und durch Impulsaustausch beschleunigt, die dann in erster Linie durch Abbremsen an der Modellplatte und auf der Oberfläche des Modells verdichtet werden. Dieser Vorgang muß in einigen 10 ms ablaufen. Um dies zu ermöglichen, wird entweder Druckgas aus einem Speicher schlagartig in den Formraum entspannt (Gasdruck-Verdichtung) oder eine Gasdruckwelle durch exotherme Reaktion eines brennbaren

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Gemischs erzeugt (Explosionsverdichtung). Das Verfahren hat zunächst arbeitsphysiologisch de,n Vorteil, daß es in einem geschlossene,η System abläuft und die bei den früheren Verfahren übliche Lärmentwicklung erheblich reduziert ist* Fender wird eine hohe Maßhaltigkeit beim Abguß, und eine hohe Reproduzierbarkeit der Formen erreicht. Der Erfolg des Verfahrens ist auch weitgehend unabhängig von Modellgeometrien (selbst hinterschnittene ModelIkonturen lassen sich ausfprmen) und auch unab·» hängig von Ffäche und Höhe der Formkästen. Es lassen sich weiterhin alle, Modellwerkstoffe, z. B. Holz, Kunststoff und Metal I, einsetzen. Die For.mr· festigkeit ist durph Einstellung des Druckgradienten in weiten Grenzen variierbar, Schließlich faßt sjch a,uch eine höhere Seitenverdichtung der Form erreichen. Bedeutsam isj: ferner der, geringere Energiebedarf gegenüber herkömml ichen

In der Praxis neigen sich aber häufig an hohen, ebenen Modellflächen und an Modellkanten Rißbildungen sowie ΐη tiefen Model !konturen, wie auch im wandnahen Bereich des Formkastens Unregelmäßigkeiten in der Verdichtung und gleichfalls Rißbildungen.

Wohl in Erkenntnis dieser Naphteile ist bereits vorgeschlagen worden (US-PS 3 170 202) die Druckgaswelle auf die freie Formstoff-Oberfläche abschnittsweise oder aber über frei bewegliphe Preßflächen einwirken zu lassen. Auch dies führt ab,er wiederum zu einer ungleichmäßigen Verdichtung. Hinzu kommt ein erheblicher konstruktiver Aufwand, der bisher eine Umsetzung dieser Maßnahmen indie Praxis verhindert hat. Es ist ferner versucht worden, den gesamten VerdichfungsVorgang aufzuteilen und den eingefüllten Fprmstoff zunächst mittels Druckgas vorzuverdichten und anschließend mechanisch durcfi Pressen nachzuverdichten (EP-PS 0 02? 8p8). Mit dieser Arbeitsweise werden die dem Gasdruck-Verdichtungsvejfahren eigenen Vorteile der hohen und einstellbaren Formfest!gkeij: aufgegeben und wiederum ein erhöhter Energiebedarf

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nötig, da die Endverdichtung über die gesamte Formstoffhöhe erst durch das mechanische Nachpressen erzeugt wird. Schließlich ist versucht worden, in einer ersten Verfahrensstufe die oberflächennahe Formstoffschicht mechanisch oder durch andere Hilfsmittel vorzuverdichten und dadurch das freie Porenvolumen zu verringern, um anschließend den Formstoff mittels Druckgas auf die Enddichte zu bringen. Hierbei versprach man sich von der vorverdichteten Schicht eine Art Kolbenwirkung. Ferner sollte damit die beim Gasdruckverdichten festzustellende, relativ hohe Festigkeitsabnahme im Bereich des Formrückens vermieden werden (DE-OS 32 26 171).

Mit keinem der vorgenannten Verfahren können die zuvor geschilderten negativen Erscheingungen vermieden werden. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs geschilderte Verfahren dahingehend weiter zuentwickeln, daß eine einwandfreie und gleichmäßige Verdichtung auch bei komplizierten Modellen und hoher Modellplattenbelegung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Formraum bis zu einer Teilhöhe im Bereich der Oberkante des Modells in wenigstens einer Stufe gefüllt und der Formstoff nach jeder Fül Istufe mittels des Druckgases verdichtet wird und daß danach in einer Endstufe weiterer Formstoff bis zu einer für die endgül ti ge Form notwendigen Füllhöhe aufgegeben und abschließend verdichtet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren trennt demzufolge den gesamten Verdichtungsvorgang in wenigstens zwei Verdichtungsstufen auf, indem in wenigstens einer ersten Stufe der Formstoff bis in den Bereich der ModelIOberkante eingefüllt und mittels des Druckgases verdichtet wird. Damit ist ein Teil der Form, die etwa der Modellhöhe entspricht, bis auf ihre Enddichte gebracht worden. Bei tiefen ModelIkonturen - auch im wandungsnahen Bereich des Formraums - kann diese Verfahrensstufe gegebenenfal Is in mehrere Einzelstufen mit jeweils einem Füllvorgang und einem Verdichtungsvorgang aufgeteilt werden. Ist der modellnahe Raum in dieser Weise auf die Enddichte

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gebracht worden, so wird anschließend der Forrnstpff ϊη de,m im wesentlichen modellfreien Bereich aufgefpHt und in einer Endstufe wiederum big zur Enddichte verdichtet. Dabei hat Sjjqh gezeigt, daß im gesamten Model 1-bereich auch bei tiefen ModelIkonturen und scharfen ModelIübergängen keine Risse mehr auftreten und eine einstellbar hohe und gleichmäßige Verdichtung erreicht wird.

Bei diesem Verfahren wäre an sich zu erwarten gewesen, daß sich die Formstoff schichte, η zwischen den Verdi chtungsstuf en nicht oder nur unzulänglich miteinander verbinden, ajso im Bereich der Grenzflächen Trenneffekte, Dichteschwankungen etc. auftreten. Dercjleiphen wurde in der Praxis nicht beobachtet, was seinen ßrund darin haben dürfte, daß bei der Druckgasverdichtung die Dichte des pormstoffs zur frei en-Oberfläche hin stark abnimmt, der Formstoff al so dort" JTjofch felatiy locker Is^ (3ie,s wiederum dürfte dazu führen, daß bei m nachfo}genden £|ufsf hinten und Verdichten in der näqhsten Stufe, gegebenenfalls der E-ndstufe, dieser weniger dichte Bereich überigangslos auf die Enddichte, gebracht wjrd, sp daß trotz der in mehreren Stufen erfolgenden ForrnhersteHurig eine gleichmäßige und, hohe, Enddichjte über der gesamten Formhöhe erreicht wird.

Bei sehr tiefen ModelIkonturen wird der modellnahe Bereich vorzugsweise in mehreren Stufen verdichtet, indem der Formstoff in einer ersten Stufe bis unterhalb der Oberkante des Modells aufgegeben und mittels Druckgas verdichtet wird und danach in weiteren Stufen bis zu der Teilhöhe oberhalb der Oberkante des Mpdells aufgegeben und jeweils zwischen den Stufen verdichtet. Dadurch ergibt sich nach den Druck'gasverdichtungsstufen eine so hoch liegende Formstoff ^Oberfläche, daß lhi der Endstufe keine tiefen Hohlräume mehr auszuformen sind.

In bevorzugter Ausführung entspricht bei einem einstufigen Auffüllen des Formstoffs bis zu der Teilhöhe der Überstand des Formstoffs oberhalb der Oberkante des Modells etwa der Breite der Formsfoffsäüle an dieser Oberkante.

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Hierbei ist zunächst überraschend, daß die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht so sehr von der Höhe tiefer ModelIkonturen bzw. der Höhe des Modells über der Modellplatte im formwandnahen Bereich, als vielmehr von der Breite solcher Vertiefungen bzw. vom Randabstand des Modells abhängig ist. Dies gilt vor allem für Ballenkonturen (nur nach oben offene, z. B-. zylindrische Vertiefung). Je enger diese Stellen sind, umso eher kommt es zu den eingangs geschilderten negativen Erscheinungen. Wird dabei die erfindungsgemäße Lehre beachtet, so lassen sich diese negat iven Erscheinungen vollständig vermeiden.

In der Endstufe, in der also im wesentlichen der model !freie Bereich des Formraums verdichtet wird, kann die Verdichtung gleichfalls mittels Druckgas hoher Geschwindigkeit erfolgen, um beispielsweise auch für diesen Bereich die Vorteile des Gasdruckverfahrens zu nutzen. Dies gilt beispielsweise für die Stahlguß- und Sphärogußherstellung, sowie für extrem große Formkasten.

Statt dessen kann der Formstoff in der Endstufe aber auch durch mechanisches Pressen verdichtet werden, was deshalb einen geringen Energieaufwand erfordert, weil es sich im wesentlichen um eine über den Querschnitt nicht unterbrochene Formstoff schicht handelt. Eine solche Preßverdichtung in der Endstufe ist dann sinnvoll, wenn Gießtümpel mit eingeformt oder Gießtrichter nachträglich eingefräst werden sollen.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung einer aus Unter- und Oberkasten bestehenden Form auch nur für denjenigen Formkasten mit der komplizierten Modellkontur - in der Regel der Unterkasten - für den anderen Formkasten hingegen das reine Gasdruckformverfahren oder ein anderes herkömmliches Verfahren angewandt werden.

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Der Druckgradient in den Stufen mit Gasdruckverdichtung sollte zwischen 00 und 1000 bar/s liegen, wobei er umgekehrt proportional der Formstoffhöhe gewählt werden sollte. Dies j st beim erfindungsgemäßen Verfahren deshalb von Bedeutung, weil durch dje Aufteilung des VerdichtungsVorgangs unter Umständen auch relativ niedrige Formstoff höhen zu verdichten sind.

Diese Lehre »st insbesondere auch bei einer mehrstufigen Verdichtung des modellnahen Bereichs bedeutsam.

Bei Modellen mit engen Vertiefungen und/oder geringer^ Abstand von der Wandung des Formraums sollte dessen Höhe etwa der Teil höhe oberhalb der Oberkante des Modells entsprechen, dp* eiiigefjültte Formstoff auf der Oberkante des Formraums abgestreift, anschj i eßendroj UeIs₁ des Dryckgases verdichtet, daraufhin der Formraum (dis zu der für die endgültige Form notwendigen Füllhöhe erhöht, anschließend der Formstoff bis ?M dieser Höhe aufgefül It und daraufhin in cfer Endstufe verdichtet werden.

Dieses Verfahren empfiehlt sich insbesondere bei extrem engen Model I-konturen, bei denen der Überstand des Formstpffs genau angepaßt werden muß und insbesondere auch die beim FüUVorgang auftretenden Unebenheiten in der Formstoff-Oberfläche vermieden werden müssen» Ein typischer Anwendungsfall hierfür ist beispielsweise die Herstellung der Form für Nocken^ wellen mit aufgelegten Kühl kokillen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Hersteilung von Gießformen durch Verdichten von schüttfähigem Formstoff über einem auf einer Modellplatte innerhalb eines Formraums angeordneten Modell, indem der Formraum mit dem Formstoff gefüllt und auf dessen freie Oberfläche Druckgas hoher Geschwindigkeit zur Wirkung gebracht wird, da du-r ch gekennzeichnet, daß der Formraum bis zu einer Teilhöhe im Bereich der Oberkante des Modells in wenigstens einer Stufe gefüllt und der Formstoff nach jeder Füllstufe mittels des Druckgases verdichtet wird und daß danach in einer Endstufe weiterer Formstoff bis zu einer für die endgültige Form notwendigen Fül Ihöhe aufgegeben und abschließend verdichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff in einer ersten Stufe bis unterhalb der Oberkante des Modells aufgegeben und verdichtet und danach in weiteren Stufen bis zu der Teil höhe oberhalb der Oberkante des Modells aufgegeben und verdichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem einstufigen Auffüllen des Formstoffs bis zu der Teilhöhe der Überstand des Formstoffs oberhalb der Oberkante des Modells etwa der Breite der Formstoff säule an dieser Oberkante entspricht.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endstufe der Fc-rmstpff gleichfalls mittels Druckgas hoher. Geschwindigkeit verdichtet wird_T

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Endstufe der Forrnstoff durch mechanisches Pressen verdichtet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bei einer durch Entspannung des Druckgases in den Formraum einzuhaltende Druckgradjent zwischen 100 und 1QQ0 bar/s liegt gnd umgekehrt proportional der Formstoffhöhe gewählt wird.

7. Verfahren nach einem .der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Modeilen mit engen Vertiefungen und/oder geringem Abstand von der Wandung des Formrgums dessen Höhe etwa der Teil höhe ober-

■^: halb der Oberkante des, Modells entspricht, der eingefüllte Formstoff auf der Oberkante des Formraums abgestreift, anschließend mittels des Druckgases verdichtet, daraufhin der Formraum bis zu der für die endgültige Form notwendigen Füllhöhe erhöht, anschließend der Formstoff bis zu dieser Höhe aufgefüllt und verdichtet wird.