DE69003375T2

DE69003375T2 - Formkern.

Info

Publication number: DE69003375T2
Application number: DE90403448T
Authority: DE
Inventors: Gerard Ernest Andre Jourdain; Regis Raynal
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1989-12-06
Filing date: 1990-12-05
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2010-12-06
Also published as: US5116218A; EP0439972A1; EP0439972B1; FR2655288B1; DE69003375D1; FR2655288A1

Description

Ausgangspunkt der Erfindung ist die Suche nach einer Lösung für die Fabrikation von als Formgußteile aus polymerisierten Harzen ausgebildeten, eine Drehachse aufweisenden Werkstücken ohne Entformungsschrägen, da diese für hochpräzise Werkstücke nicht akzeptabel wären, die übrigens oft auch große Abmessungen haben.
Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, die eine Lösung dieses Fabrikationsprobleme ermöglichen: So schlägt FR-A-2 612 662 ein Formwerkzeug vor für ein einer Wärmebehandlung zu unterziehendes Gußteil mit einer Matrize, die von einer Matrizenwandung begrenzt ist, die einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, sowie mit einem Stempel, der mit der Matrize zusammenwirken kann und von einer Stempelwandung begrenzt ist, die einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, der größer ist als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient, wobei der Gießvorgang aufeinanderfolgend namentlich das Eindringen des Stempels in die Matrize bei einer ersten Temperatur, dann das Erwärmen der Matrize und des Stempels auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur, und schließlich das spätere Abkühlen der Matrize und des Stempels umfaßt.
Dieses bekannte Werkzeug ist allerdings kompliziert und teuer.
Das bekannte Werkzeug ist kompliziert, weil der Stempel aus ausdehnbaren Elementen besteht, die von einer Art Hülle umgeben sind, die ebenfalls ausdehnbar ist und das Formorgan des Stempels bildet. Die Herstellung der Einheit ist nicht leicht und die damit erreichte Abformungsgenauigkeit nicht immer ausreichend.
Das Werkzeug ist außerdem teuer, und zwar nicht nur wegen des Vorhandenseins der Hülle sondern auch wegen der raschen Abnutzung, die einen häufigen Austausch von teuren Elementen erforderlich macht.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, indem einerseits der Aufbau des Formstempels durch Eliminieren der genannten Hülle vereinfacht wird und andererseits konstruktive Vorkehrungen getroffen werden, die die Wiederbenutzung von Stempelelementen ermöglichen, nachdem diese nach einer ersten Abnutzung nachgearbeitet wurden.
Der Stempel besteht erfindungsgemäß aus einer Mehrzahl von getrennten Sektoren, die, je der um eine eigene Schwenkachse dreh bar, auf einem gemeinsamen Träger montiert sind, wobei die verschiedenen Sektoren bei der genannten zweiten Temperatur solche Umfangsabmessungen haben, daß die radialen Seiten der Sektoren angrenzend aufeinanderfolgen und die Formfläche der Stempelwandung bilden.
Der Träger besitzt vorzugsweise mehrere Aufnahmen für die Lagerung der Schwenkachse, und die radiale Seite jedes Sektors kann nach einem ersten Verschleiß einer solchen Nachbearbeitung unterzogen werden, wobie die Umfangsseite des genannten Sektors nach dem Einsetzen der Schwenkachse in eine der genannten Aufnahmen, die eine andere ist als die vor der Nachbearbeitung benutzte erste Aufnahme, bei der genannten zweiten Temperatur eine Form besitzt, die mit der Form identisch ist, die derselbe Sektor vor der Nachbearbeitung und vor dem ersten Verschleiß und bei dem Einsetzen der Schwenkachse in die erste Aufnahme besaß.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Verdeutlichung ihrer Vorteile und weiterer Merkmale sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Selbstverständlich dienen die folgenden Beschreibung und die Zeichnungen lediglich zur beispielhaften Erläuterung der Erfindung und stellen keine Einschränkung dar.
Fig. 1 zeigt zwei Gebrauchskonfigurationen eines neuen Werkzeugs gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ermöglicht die Lokalisierung der Dimensionensbezeichnungen eines der Sektoren, aus denen der Stempel besteht,
Fig. 3 zeigt zwei zu Fig. 1 analoge Konfigurationen desselben Stempels, der nach einer Abnutzung und einer Nachbearbeitung wiederverwendet wird.
Die in Fig. 1 dargestellte Form umfaßt
- einen Träger 1 mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt, der im Bereich der einzelnen Ecken mit einer Reihe von vier Lagersitzen 2A, 2B, 2C und 2D zur Aufnahme einer Drehachse ausgestattet ist, die in wachsenden Abständen RA, RB, RC bzw. RD von der Achse 3 des Trägers 1 angeordnet sind,
- vier identische Sektoren 4, die jeweils eine zylindrische Außenfläche 5 mit zur Achse 5 parallelen Mantellinien besitzen, wobei jeder Sektor um eine zur Achse 3 parallele Achse verschwenkbar ist, die gleichzeitig in einen Lagersitz des Sektors und in einen der Lagersitze 2A bis 2D des Trägers, hier in Fig. 1 in den Lagersitz 2A, eingesetzt ist,
- eine Matrize 7 mit einer zylindrischen Innenwandung 8, deren Achse mit der Achse 3 zusammenfällt.
Die aus dem Träger 1 und den vier Sektoren 4 bestehende Einheit bildet den Formstempel. Der Zwischenraum zwischen der Matrize 7 und dem Formstempel entspricht dem Volumen des zu gießenden Teils.
In Fig. 1 ist die Form in durchgezogenen Linien bei einer Anfangstemperatur TO dargestellt, während die unterbrochenen Linien die Position bei der Temperatur T1 wiedergeben, die größer ist als die Temperatur T0. Die aus Stempel und Matrize bestehende Formeinheit wird von der Temperatur T0 auf die Temperatur T1 gebracht und dann auf die Temperatur TO zurückgeführt. Dies geschieht beispielsweise mit Hilfe von in der Matrize 7 und in den Sektoren 4 vorgesehenen elektrischen Heizwiderständen.
Die Wärmeausdehnungskoeffizienten A4 und A7 der Sektoren 4 bzw. der Matrize 7 sind unterschiedlich, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient A4 der Sektoren 4 größer ist als Wärmeausdehnungskoeffizient A7 der Matrize.
Es ist zu beachten, daß bei der Anfangstemperatur T0 zwar jeder der Sektoren 4 von dem vorangehenden und dem nachfolgenden Sektor getrennt ist, daß dies bei der Endtemperatur T1 jedoch nicht mehr der Fall ist. Bei der Endtemperatur T1 sind die einzelnen Sektoren 4 vielmehr miteinander verbunden und bilden die kontinuierliche Wandung des Stempels, der von der Gesamtheit ihrer Außenflächen 5 begrenzt wird. Das Material des zu gießenden Werkstücks, das den Raum 9 ausfüllen soll, besitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der in der gleichen Größenordnung liegt wie der Wärmeausdehnungskoeffizient A7 und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägers 1.
Fig. 2 zeigt einen Sektor 4 bei den beiden erwähnten Temperaturen.
Mit den Bezeichnungen
L = Abstand zwischen der Achse des Lagersitzes 2A und der Fläche 5 des Sektors 4 bei der Temperatur T0, gemessen auf einem Radius durch die Achse 3,
R0 = radialer Abstand zwischen der Achse 3 und der Fläche 5,
R1 = radialer Abstand zwischen der Achse des Lagersitzes 2A und der Position der Achse 3 bei der Temperatur T1,
JR = radiale Verschiebung der Fläche 5 in Richtung des durch die Achse des Lagersitzes 2A verlaufenden Radiusstrahls im Verlauf der Ausdehnung des Sektors 4 zwischen den Temperaturen T0 und T1,
JT = tangentiale Verschiebung eines Endes 10 des Sektors 4 im Verlauf der Ausdehnung des Sektors 4 zwischen den Temperaturen T0 und T1,
DT = T1 - T0,
π = 3,14159,
N = Anzahl der Sektoren (im vorliegenden Fall vier),
erhält man die Werte von JR und JT durch folgende Gleichungen:
JR = LxA4xDT
JT = (πxR0xA4xDT)/N.
Die Anzahl der Sektoren ist natürlich nicht auf vier beschränkt und kann hiervon abweichen (größer oder kleiner sein als vier).
Fig. 3 zeigt denselben Stempel wie Fig. 1, jedoch nach
- Abnutzung der einzelnen Sektoren 4,
- Nachbearbeitung der Fläche 5 der einzelnen Sektoren,
- Einsetzen der Drehachse 6 der einzelnen Sektoren 4 in den Lagersitz 2D des Trägers 1.
Wegen der Differenz der Abstände RA und RD befindet die Fläche 5 sich jedes Sektors 4 bei der Temperatur T0 annähernd an der Stelle der anfänglichen Fläche 5 vor der Nachbearbeitung. Bei der Temperatur T1 stimmt die Gesamtheit der neuen Flächen 5 der Sektoren mit der Gesamtheit der anfänglichen Flächen 5 vor der Nachbearbeitung exakt überein. Durch die Nachbearbeitung und die Auswahl der Lagersitze 2D anstelle der Lagersitze 2A wurde die Eignung des Stempels für den Guß vollständig wiederhergestellt. Dieses Resultat läßt sich auch durch partielle Nachbearbeitung und die Auswahl der Lagersitze 2B und 2C für das Einsetzen der Drehachsen 6 erzielen. So ist es mit Hilfe der beschriebenen Anordnungen durch die Wahl der Wärmeausdehnungskoeffizienten A4 und A7 möglich,
- bei der Temperatur T1 einzig mit den Sektoren 4 selbst und ohne Einfügen einer zwischenliegenden Hülle eine kontinuierliche Außenfläche 5 zu erzielen,
- dieselben Sektoren 4, die die kostenaufwendigen Elemente bilden, nach Abnutzung und partieller Nachbearbeitung mehrere Male wiederzuverwenden mit dem offensichtlichen Vorteil, daß sie die längstmögliche Zeit benutzt werden können.
Wenn die zu gießenden Werkstücke sogenannte achsensymmetrische Teile, insbesondere zylindrische Teile, sind, ermöglichen die Differenzen zwischen Werten A4 und A7 sehr präzise Abformungen, da keinerlei Entformungsschrägen erforderlich sind.
Es ist noch anzumerken, daß die Temperaturerhöhung von T0 auf T1 sowohl der Matrize 7 als auch der Sektoren 4 eine homogene Warmpolymerisation der Kompositharze ermöglicht, aus denen die zu gießenden Werkstücke hergestellt werden.

Claims

1. Formwerkzeug für ein einer Wärmebehandlung zu unterziehendes Gußteil mit einer Matrize (7), die von einer Matrizenwandung (8) begrenzt ist, die einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten (A7) besitzt, sowie mit einem Stempel (4), der mit der Matrize zusammenwirken kann und von einer Stempelwandung (5) begrenzt ist, die einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten (A4) besitzt, der größer ist als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient (A7), wobei der Gießvorgang aufeinanderfolgend namentlich das Eindringen des Stempels in die Matrize bei einer ersten Temperatur (T0), dann das Erwärmen der Matrize und des Stempels auf eine zweite Temperatur (T1), die höher ist als die erste Temperatur, und schließlich das spätere Abkühlen der Matrize und des Stempels umfaßt, dadurch gekennzeichnet,

daß der Stempel aus einer Mehrzahl von getrennten Sektoren (4) besteht, die, jeder um eine eigene Schwenkachse (6) drehbar, auf einem gemeinsamen Träger (1) montiert sind, wobei die verschiedenen Sektoren bei der genannten zweiten Temperatur (T1) solche Umfangsabmessungen haben, daß die radialen Seiten (5) der Sektoren angrenzend aufeinanderfolgen und die Formfläche der Stempelwandung bilden.

2. Formwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) mehrere Aufnahmen (2A, 2B, 2C, 2D) für die Lagerung der Schwenkachse (6) aufweist, und daß die radiale Seite (5) jedes Sektors (4) nach einem ersten Verschleiß einer solchen Nachbearbeitung unterzogen werden kann, daß die Umfangsseite (5) des genannten Sektors nach dem Einsetzen der Schwenkachse (6) in eine (2D) der genannten Aufnahmen, die eine andere ist als die vor der Nachbearbeitung benutzte erste Aufnahme (2A), bei der genannten zweiten Temperatur (T1) eine Form besitzt, die mit der Form identisch ist, die derselbe Sektor vor der Nachbearbeitung und vor dem ersten Verschleiß und mit dem Einsetzen der Schwenkachse in die erste Aufnahme (2A) besaß.