EP0089547A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von Giessereiformstoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von Giessereiformstoff Download PDF

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EP0089547A1 EP83102255A EP83102255A EP0089547A1 EP 0089547 A1 EP0089547 A1 EP 0089547A1 EP 83102255 A EP83102255 A EP 83102255A EP 83102255 A EP83102255 A EP 83102255A EP 0089547 A1 EP0089547 A1 EP 0089547A1
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Badische Maschinenfabrik GmbH
BMD Badische Maschinenfabrik Durlach GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C15/00—Moulding machines characterised by the compacting mechanism; Accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a method and. Device for compacting foundry molding material, in particular wet molding sand, by the sudden action of gas pressure on the molding material poured over the model.
  • Compression processes of this type are known in several embodiments (for example DE-AS 1 961 234, DE-OS 29 49 340) and have recently gained increasing economic importance. They differ essentially in the way in which the pressure wave is generated. For example, either a high-pressure gas contained in a pre-pressure chamber is suddenly brought to relaxation (DE-AS 1 961 234) or it is immediately above of the mold space the gas pressure is generated by the explosion of a combustible gas mixture. In addition to these two basic methods, a large number of variants are known, which need not be discussed here, since they do not affect the invention. In all embodiments, the pressure wave generated hits the molding material surface and then leads to a compression of the molding material.
  • the degree of compression depends not only on the parameters (pressure, speed) of the gas pressure wave, but also on the height of the molding material filling.
  • the mold material coverage of the model below which a satisfactory degree of compaction can no longer be achieved.
  • the invention is based on the object of proposing a method and a device with the aid of which uniform compression over the mold height can be achieved with a minimum requirement for molding material.
  • This object is achieved in that a gas-permeable additional mass is placed on the free surface of the molding material and that the gas pressure is brought into effect on the free surface of the additional mass.
  • the invention also differs from other known proposals, according to which a cover is placed on the surface of the molding material. This acts, even if it is made of elastic material (US Pat. No. 2,830,339), practically like a compression piston, without the compression gas being able to penetrate into the bed of molding material.
  • a cover is placed on the surface of the molding material. This acts, even if it is made of elastic material (US Pat. No. 2,830,339), practically like a compression piston, without the compression gas being able to penetrate into the bed of molding material.
  • DE-OS 29 49 340 in which the molding surface is completely or partially provided with a gas-impermeable cover in the context of an explosion compression. This is said to either prevent the molding material from crumbling at the back of the mold or to provide less densely compressed areas at the covered areas.
  • the surface of the molding material is approximately uniformly flat, which is the case with the previously. does not achieve known methods. Due to the optimization of the molding material mass, the molding material supernatant that is necessary in many cases can also be better regulated and, above all, set at a lower height. For a given mold size and mold material filling and a certain degree of compression, the gas energy, i.e. reduce the gas pressure and / or the gas volume, so that there is in particular a reduction in the gas requirement. Finally, the method according to the invention can be carried out regardless of whether the molding material is compressed from above or from below.
  • Preferred additional measures such that the additional mass consists of several individual masses which are movable in the direction perpendicular to the molding material surface ensure that each individual mass can move in accordance with the impulse force imparted by the pressure wave and pass it on to the molding material particles.
  • the additional mass has a distribution of the individual mass which is adapted to the contour of the model, such that the mass is lower over high model contours than over deep contours.
  • the additional mass consists of particles of greater specific gravity than the molding material and a gas-permeable and flexible covering enclosing these particles.
  • the flow resistance of this additional mass and thus the thrust force generated by it can be influenced by the particle shape and its bulk density, so that regulation of the desired effects is possible not only via the size of the additional mass, but also via the aforementioned parameters.
  • the invention is based on a device with a mold box closed on one side by a model plate with the model, a filling frame that continues this, and a device for generating or storing gas at high pressure, which suddenly has an effect on the molding material in the filling frame brought.
  • Such a device is characterized in accordance with the invention in that a gas-permeable additional mass which covers the entire surface of the molding material can be placed on top of it and can be lifted off from it after compression.
  • the additional mass is thus added to each working cycle of the device, e.g. a molding machine, placed on the molding material filled in the molding space, then brought the gas pressure wave into effect and after venting the molding space, the additional mass is removed from the compressed mold.
  • a working cycle of the device e.g. a molding machine
  • the additional mass can consist of a perforated plate, but in a preferred embodiment of the device is formed by a cushion that at least partially covers the molding material surface and that consists of a bed of metal particles and a fabric that encloses them.
  • the metal particles can be, for example, granules, shot or the like, while the woven fabric can be made of plastic or - in the case of compression by explosive forces with appropriate temperature development - made of wire.
  • the additional mass constructed in this way is, at least to a limited extent, freely suspended or supported, so that it can be placed and removed on the one hand and, on the other hand, can freely follow the forces acting on it.
  • a model plate 1 with a model 2 can be seen, which closes a molding box 3 on the underside.
  • a filling frame 4 is placed on the molding box 3 and is continued in a gas collecting space 5.
  • an end plate 6 can be seen as an integral part of a machine stand, against which the parts of the molding space are pressed before the compression process.
  • the devices necessary for the manipulation of the molding box 3, the filling frame 4 and the gas collecting space 5, as well as those for filling the molding space with molding sand, can be of a conventional type and are therefore not shown in detail.
  • a container 7 is connected to the gas collecting space 5 via a line 8, in which container 7 either compressed gas is stored or is generated by the explosion of a combustible gas mixture.
  • a valve can optionally be arranged which, after opening, allows the pressure wave to pass into the gas collecting space.
  • This device also includes an additional mass 10 which is placed on the free molding material surface 11 within the filling frame 4 before the compression process.
  • This additional mass 10 consists of an outer shell 12, for example a perforated plate, a fabric or the like. and a filling 13 of high specific weight particles, e.g. Metal granules, metal shot or the like ..
  • the additional mass 12 is fastened to a lifting device 14 by means of a traction cable 15, by means of which it can be lowered onto the surface of the molding material and later lifted from the compressed form.
  • the Switzerlandsei I 15 gives the additional mass 10 the freedom of movement necessary for the compression stroke in the direction perpendicular to the molding material surface.
  • the additional mass can also be mounted on the lifting device 14 via a pawl which engages with a corresponding catch on the additional mass in order to be able to lift it off the finished shape. To apply the additional mass, this latch then only has to be loosened so that it falls on the molding material filling.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Verdichten von Gießereiformstoff, insbesondere von Naßformsand, durch schlagartige Einwirkung von Gasdruck auf die freie Oberfläche des über dem Modell 2 aufgeschütteten Formstoffs wird zur Verbesserung der Verdichtung, zur Regulierung des notwendigen Formstoff-Überstandes auf die freie Formstoff-Oberfläche eine gasdurchlässige Zusatzmasse 10 aufgelegt, die aus mehreren in Richtung senkrecht zur Formstoff-Oberfläche beweglichen Einzelmassen besteht, wobei der Gasdruck auf die freie Oberfläche der Zusatzmasse zur Wirkung gebracht wird. Diese Zusatzmasse 10 findet Anwendung sowohl bei Verdichtungs-verfahren, die mit einer Entspannung von gespeichertem Druckgas oder mit einer durch Explosion erzeugten Druckgaswelle arbeiten.

Description

  • D ie Erfindung betrifft ein Verfahren und eine. Vorrichtung zur Verdichtung von Gießereiformstoff, insbesondere von Naßformsand, durch schlagartige Einwirkung von Gasdruck auf den über dem Modell aufgeschütteten Formstoff.
  • Verdichtungsverfahren dieser Art sind in mehreren Ausführungsformen bekannt (z.B. DE-AS 1 961 234, DE-OS 29 49 340) und gewinnen in neuerer Zeit zunehmend an wirtschaftlicher Bedeutung. Sie unterscheiden sich im wesentlichen in der Art der Erzeugung der Druckwelle. So wird entweder ein in einem Vordruckraum enthaltenes, hochgespanntes Gas schlagartig zur Entspannung gebracht (DE-AS 1 961 234) oder aber wird unmittelbar oberhalb des Formraums der Gasdruck durch Explosion eines brennbaren Gasgemischs erzeugt. Neben diesen beiden prinzipiellen Verfahren sind eine Vielzahl von Varianten bekannt, auf die hier nicht näher einzugehen ist, da sie die Erfindung nicht berühren. In allen Ausführungsformen läuft die erzeugte Druckwelle auf die Formstoff- oberfläche auf und führt dann zu einer Verdichtung des Formstoffs.
  • Über die Ursachen und Wirkungen bei dieser Art der Formstoffverdichtung konnte nochleine endgültige Klarheit erreicht werden. Es ist jedoch so viel bekannt, daß sich die Verdichtung aus dem Zusammenwirken vonFluidisierungs-Effekten einerseits und an den Formstoffpartikeln wirksam werdenden Staukräften andererseits einstellt. Die Fluidisierung führt zu einer Verminderung der Grenzflächenkräfte zwischen den Formstoffpartikeln untereinander wie auch zwischen diesen und dem Modell bzw. dem Formkasten und dem Fül lrahmen, so daß die auf das einzelne Formstoffpartikel von dem Gas oder von benachbarten Partikel n ausgeübten Impulskräfte zu einer dichteren Packung des Formstoffs führen.
  • Es ist weiterhin beobachtet worden, daß der Verdichtungsgrad nicht nur von den Parametern (Druck, Geschwindigkeit) der Gasdruckwelle,sondern auch von der Höhe der Formstoff-Füllung abhängig ist. So gibt es eine untere Grenze für die Formstoffüberdeckung des Modells, unterhalb der sich kein befriedigender Verdichtungsgrad mehr erreichen läßt. Andererseits gibt es auch eine obere Grenze für die Formstoffüberdeckung, oberhalb der insbesondere der Formrücken keine ausreichende Verdichtung mehr besitzt. Es wird deshalb in der Regel mit einem Formstoff-Überschuß, der im erstgenannten Fall zu einer an sich unnötigen Formhöhe, im zweiten Fall zu einem unnötigen Formstoff-Überstand führt, der nach dem Verdichten abgestreift werden muß.
  • Der Erfindung I iegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit deren Hilfe eine gleichmäßige Verdichtung über die Formhöhe bei minimalen Formstoffbedarf erreicht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die freie Formstoff-Oberfläche eine gasdurchlässige Zusatzmasse aufgelegt und daß der Gasdruck auf die freie Oberfläche der Zusatzmasse zur Wirkung gebracht wird.
  • Praktische Versuche mit einer solchen Zusatzmasse haben gezeigt, daß bei entsprechender Optimierung ein gleichmäßiger Verdichtungsgrad sowohl über den Formquerschnitt, als auch über die Formhöhe erreicht werden kann, wobei die Formstoff-Überdeckung oberhalb der Modellkontur auf das für die Transport- und Abgußfestigkeit der Form erforderliche Maß beschränkt werden kann. Beim Verdichtungsvorgang kann die Gasdruckwelle die Zusatzmasse bei nicht allzu großem Strömungswiderstand durchwandern und in die Formstoffschüttung eindringen. Der Fluidisierungseffekt wird also durch die Zusatzmasse nicht beeinträchtigt. Die für die eigentliche Verdichtung verantwortlichen Staukräfte werden sowohl an den Formstoffpartikeln, als auch an den gasundurchläs-. sigen Bereichen der Zusatzmasse wirksam, wobei letztere die ihr erteilten Impulskräfte an die Formstoffpartikel weitergibt. Wichtig ist dabei, daß die Zusatzmasse auf der freien Formstoff- Oberfläche aufliegt und nicht etwa freiliegend auf die Formstoff- Oberfläche aufprallt, da hiermit eine unerwünscht vorzeitige Vorverdichtung auf dem Formrücken entstehen würde. Hiermit unterscheidet sich die Erfindung auch von anderen bekannten Vorschlägen, wonach auf die Formstoff-Oberfläche eine Abdeckung aufgelegt wird. Diese wirkt, auch wenn sie aus elastischem Material besteht (US-PS 2 830 339), praktisch wie ein Verdichtungskolben, ohne daß das verdichtende Gas in die Formstoffschüttung eindringen kann. Gleiches gilt für einen anderen bekannten Vorschlag (DE-OS 29 49 340) bei dem im Rahmen einer Explosionsverdichtung die Formstoffoberfläche ganz oder teilweise mit einer gasundurchlässigen Abdeckung versehen wird. Hiermit soll entweder das Ausbröckeln des Formstoffs am Formrücken vermieden oder aber an den abgedeckten Stellen weniger stark verdichtete Bereiche erhalten werden.
  • Es hat sich femer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt, daß nach dem Verdichtungsvorgang die Formstoff-Oberfläche annähernd gleichmäßig eben ist, was sich mit den bisher. bekannten Verfahren nicht erreichen läßt. Aufgrund der Optimierung der Formstoffmasse läßt sich auch der in vielen Fällen notwendige Formstoff - Überstand besser regulieren und vor allem in geringerer Höhe einstellen. Bei gegebener Formgröße und Formstoff-Füllung und einem bestimmten Verdichtungsgrad läßt sich gegenüber den bekannten Verfahren mit der Zusatzmasse die Gasenergie, d.h. der Gasdruck und/ oder das Gasvolumen reduzieren, so daß insbesondere eine Verminderung des Gasbedarfs gegeben ist. Schließlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig davon durchführen, ob die Verdichtung des Formstoffs von oben oder von unten her erfolgt.
  • Durch bevorzugte weitere Maßnahmen, daß die Zusatzmasse aus mehreren in Richtung senkrecht zur Formstoff-Oberfläche beweglichen Einzelmassen besteht, ist gewährleistet, daß sich jede Einzelmasse entsprechend der ihr von der Druckwelle mitgeteilten Impulskraft bewegen und diese an die Formstoffpartikel weitergeben kann..
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, daß die Zusatzmasse eine der Kontur des Modells angepaßte Verteilung der Einzelmasse aufweist derart, daß die Masse über hohen Modellkonturen geringer ist als über tiefen Konturen.
  • In bevorzugter Ausführung besteht die Zusatzmasse aus Partikeln größeren spezifischen Gewichtes als der Formstoff und einer diese Partikel einschließenden, gasdurchlässigen und flexiblen Umhüllung. Der Strömungswiderstand dieser Zusatzmasse und damit die von ihr erzeugte Schubkraft läßt sich durch die Partikelform und ihre Schüttdichte beeinflussen, so daß nicht nur über die Größe der Zusatzmasse, sondern auch über die vorgenannten Parameter eine Regulierung der gewünschten Effekte möglich ist.
  • Zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens geht die Erfindung von einer Vorrichtung mit einem einseitig von einer Modellplatte mit dem Modell abgeschlossenen Formkasten, einem diesen fortsetzenden Füllrahmen, und einer Einrichtung zum Erzeugen oder Speichern von Gas hohen Drucks aus, das auf den Formstoff im Füllrahmen schlagartig zur Wirkung gebracht wird.
  • Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß auf die freie Formstoff-Oberfläche eine diese insgesamt abdeckende, gasdurchlässige Zusatzmasse auflegbar und von dieser nach der Verdichtung abhebbar ist.
  • Die Zusatzmasse wird also bei jedem Arbeitszyklus der Vorrichtung, z.B. einer Formmaschine, auf den in den Formraum eingefüllten Formstoff aufgelegt, anschließend die Gasdruckwelle.zur Wirkung gebracht und nach dem Entlüften des Formraums die Zusatzmasse von der verdichteten Form wieder abgenommen.
  • Die Zusatzmasse kann im einfachsten Fall von einem Lochblech, ist jedoch bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung von einem die Formstoff-Oberfläche zumindest teilweise abdeckenden Kissen gebildet, das aus einer Schüttung von Metallpartikeln und einem diese einschließenden Gewebe besteht. Bei den Metallpartikeln kann es sich beispielsweise um Granulat, Schrot od. dgl. handeln, während als Gewebe ein solches aus Kunststoff oder - im Falle einer Verdichtung durch Explosivkräfte mit entsprechender Temperaturentwicktung - aus Draht handeln kann.
  • Die solchermaßen aufgebaute Zusatzmasse ist zumindest begrenzt frei beweglich aufgehängt bzw. abgestütz, so daß sie einerseits aufgelegt und abgenommen, andererseits den auf sie wirkenden Kräften ungehindert folgen kann.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung im Längsschnitt gezeigten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung beschrieben.
  • In der Zeichnung ist eine Modellplatte 1 mit einem Modell 2 erkennbar, die einen Formkasten 3 unterseitig abschließt. Auf den Formkasten 3 ist ein Füllrahmen 4 aufgesetzt, der seine Fortsetzung in einem Gassammelraum 5 findet. Oberhalb dieses eigentlichen Formraums ist eine Abschlußplatte 6 als fester Bestandteil eines Maschinenständers erkennbar, gegen den die Teile des Formraums vor dem Verdichtungsvorgang angepreßt werden. Die im übrigen für die Manipulation des Formkastens 3, des Füllrahmens 4 und des Gassammelraums 5 notwendigen Einrichtungen, wie auch die zur Füllung des Formraums mit Formsand können von üblicher Art sein und sind deshalb nicht näher dargestellt.
  • Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist an den Gassammelraum 5 über eine Leitung 8 ein Behälter 7 angeschlossen, in welchem entweder Druckgas gespeichert oder durch Explosion eines brennbaren Gasgemisches erzeugt wird. In der Verbindungsleitung 8 kann gegebenenfalls ein Ventil angeordnet sein, das nach Öffnen die Druckwelle in den Gassammelraum übertreten läßt.
  • Zu dieser Vorrichtung gehört ferner eine Zusatzmasse 10, die auf die freie Formstoffoberfläche 11 innerhalb des Füllrahmens 4 vor dem Verdichtungsvorgang aufgelegt wird. Diese Zusatzmasse 10 besteht aus einer äußeren Hülle 12, beispielsweise einem Lochblech, einem Gewebe od.dgl. und einer von dieser eingeschlossenen Füllung 13 aus Partikeln hohen spezifischen Gewichtes, z.B. Metallgranulat, Metallschrot od.dgl..
  • Die Zusatzmasse 12 ist bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel über ein Zugseil 15 an einer Hubvorrichtung 14 befestigt, mittels der sie auf die Formstoff-Oberfläche abgesenkt und später von der verdichteten Form abgehoben werden kann. Das Zugsei I 15 gibt dabei der Zusatzmasse 10 die beim Verdichtungshub notwendige Bewegungsfreiheit in Richtung senkrecht zur Formstoff-Oberfläche. Statt einer solchen Aufhängung kann die Zusatzmasse an der Hubvorrichtung 14 auch über eine Klinke gelagert sein, die an einer entsprechenden Raste an der Zusatzmasse eingreift, um diese von der fertigen Form abheben zu können. Zum Auflegen der Zusatzmasse braucht dann diese Klinke lediglich gelöst werden, so daß sie auf die Formstoff-Füllung fällt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verdichten von Gießereiformstoff, insbesondere von Naßformsand, durch schlagartige Einwirkung von Gasdruck auf den über dem Modell aufgeschütteten Formstoff,
dadurch gekennzeichnet, daß auf die gesamte freie Formstoff-Oberfläche eine gasdurchlässige Zusatzmasse aufgelegt und daß der Gasdruck auf die freie Oberfläche der Zusatzmasse zur Wirkung gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse aus mehreren in Richtung senkrecht zur Formstoff-Oberfläche beweglichen Einzelmassen besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse eine der Kontur des Modells angepaßte Verteilung der Einzelmassen aufweist, derart, daß die Masse über hohen Modellkonturen kleiner ist als über tiefen Konturen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse aus Partikeln größeren spezifischen Gewichtes als der Formstoff und einer diese Partikel einschließenden, gasdurchlässigen und flexiblen Umhüllung besteht.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem einseitig von einer Modellplatte mit dem Modell abgeschlossenen Formkasten, einem diesen fortsetzenden Füllrahmen und einer Einrichtung zum Erzeugen oder Speichern von Gas hohen Drucks, das auf den Formstoff im Füllrahmen schlagartig zur Wirkung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die freie Formstoff- Oberfläche (11) eine diese insgesamt abdeckende gasdurchlässige Zusatzmasse (10) auflegbar und von dieser nach der Verdichtung abhebbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (10) von einem die Formstoff-Oberfläche (11) zumindest teilweise abdeckenden Kissen gebildet ist, das aus einer Schüttung (13) von Metallpartikeln und einem diese einschließenden Gewebe (12) besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (10) zumindest begrenzt frei beweglich aufgehängt bzw. abgestützt ist.
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