EP0133211B1 - Verfahren zum Herstellen einer Giessform - Google Patents

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EP0133211B1
EP0133211B1 EP84107313A EP84107313A EP0133211B1 EP 0133211 B1 EP0133211 B1 EP 0133211B1 EP 84107313 A EP84107313 A EP 84107313A EP 84107313 A EP84107313 A EP 84107313A EP 0133211 B1 EP0133211 B1 EP 0133211B1
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casting
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sand
molding
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Gerhard Müller-Späth
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/068—Semi-permanent moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a casting mold with chemically bound molding material using a model.
  • the closest prior art forming the preamble of claim 1 is generally known.
  • a cavity is created in the molding material as part of a molding space for the casting and this molding space is filled with liquid metal, a fine zone being formed in the molding material being influenced by the casting temperature.
  • a number of methods for producing castings from liquid metal in a casting mold are known to the person skilled in the art, the molding space being formed with the aid of a free-flowing molding sand which has been admixed with binder and a model which has been temporarily introduced therein.
  • sand casting hand molding process molding is carried out in the molding sand with continuous mixers and manual interventions, with a hand tamper, pneumatic tamper or sling, a mold that can be used once is created.
  • casting molds and core are produced by means of molding or core shooting machines. Casting sand as a molding medium is introduced and compacted in molds by shaking, pressing under vacuum or by explosions. Core forms are mostly imposed. The mold and core can only be used once.
  • Mask mold casting requires heated metal models and core boxes for the production of mask molds and mask cores from synthetic resin-bonded sands. Again, each mask and each core can only be used once.
  • the full mold casting process uses single-use models cut out of synthetic foam, which are molded in according to the hand molding process, but remain in the mold. Foundry sands with cold-curing binders, for example, are used as molding materials. This process is suitable for the individual production of medium and large castings as well as for series production if foamed models are prefabricated in special molds as standard.
  • Chemically bound sand molds are used with great success in manual molding, for one-off production and for core production.
  • chemically bound sand molds are found as masks, which are supported by mask shells or gas-permeable backfill materials, for example by loose sand or steel gravel.
  • the inventor has now set itself the goal of creating a method for producing a casting mold of the type mentioned at the outset - and thus of castings - which makes it possible, in particular for the series production of castings, to use clay-based sands Avoidance of the disadvantages mentioned and offer a gas permeability which is simple to manufacture and inexpensive, with a low consumption of molding material, and sufficient gas permeability, which also guarantees high casting quality with low environmental impact.
  • the solution to this problem is specified in the characterizing part of claim 1.
  • at least the portion of the molding material which has become free-flowing in the zone influenced by the casting temperature is removed from a first molding mold after casting a first casting.
  • the remaining part of the molding material is left and the cavity created when the model is inserted is filled with molding material before the next casting process to restore the molding space.
  • the portion of the molding material which has been thermally influenced in an adjacent zone can advantageously also be removed in its strength.
  • the chemically bound molding material is molding sand.
  • the model is molded during the first cycle, and the molding material or molding sand can be introduced in the usual manner, for example by firing and suction. Then the casting mold is finished in a known manner - if necessary -, supplemented with cores and put together.
  • the casting mold - as is known - is passed through a cooling section, then divided and the solidified casting is removed.
  • the proportion of molding material which has become free-flowing due to the casting temperature in the immediate vicinity of the castings, and the molding material of a subsequent outer zone, which also has reduced strength, and which disintegrates without major influence, are now swept out, blown out or poured out;
  • the part of the molding material that is hardly thermally loaded is left in the mold and forms a backfilling compound with all the advantages of a conventional sand mold (gas permeability, etc.) from the second mold cycle.
  • the casting mold is produced with a uniform molding material and, on the other hand, the portion of the molding material lying in the thermally influenced zone is removed, preferably without the use of mechanical tools, and this thermally influenced zone is filled up with the same molding material becomes.
  • the portion of the molding material removed from the thermally influenced zone is regenerated and returned to this zone.
  • the described method can be used with a standard mold box size, since the necessary cavity between the model and the remaining shell is formed by the thermal stress on the liquid metal.
  • the use of displacement bodies resulting in filling quantities - for example inflatable tubes, old sand tubers, coarse sand, styrofoam with the associated handling effort - can be omitted.
  • the mold only has to be freed from the molding material when changing to a larger model; the box halves can e.g. B. blasted clean in the blasting house, a rash is also conceivable.
  • This process reduces the amount of molding material required to such an extent that a sand / casting ratio below 2: 1 is achieved; In the green sand process, sand / casting ratios of 12: 1 are not uncommon. The reduction in molding material by the process according to the invention is remarkable.
  • a mold box 1 indicated in the drawing for casting a casting comprises a lower box 2 and an upper box 3, the free edges 4,5 of which are placed one on top of the other and which are connected by means of guide pins 8 which are seated in cantilever plates 6 and are penetrated by a wedge 7.
  • the molding box 1 surrounds a molding material bed 10 made of cold resin-bonded quartz sand, in the center of which a molding space 11 with a core 12 for the later casting G can be seen.
  • a gate for liquid metal is designated 13; Feeders, pouring pools and the like are neglected in the drawing for reasons of clarity.
  • the molding material changes in the area adjacent to the metal: the molding material immediately adjacent to the casting G disintegrates in an inner zone J under the influence of the heat of casting into a sand-like pile, encrusted in a second - in the Drawing highlighted in black - zone A, outside of which the molding material of the molding bed 10 is exposed to such a low thermal load that it - and with it the strength of the molded bed part formed by it in a zone B - remains essentially unchanged.
  • the upper box 3 is lifted from the lower box 2 and turned away (Fig. 3).
  • Molded material of the former mold bed 10 can be removed without further ado, for example, by blowing it out. Also the somewhat more solid, but in comparison to its original strength loosened part of the molding material in the thermally influenced zones J, A can be easily removed over its entire width e, so that the width i of the molding space 11 both in the area of the lower molding part 11 ; and also the upper mold space divider 11 h is then expanded by that width e on both sides of the mold box center line M.
  • the recesses formed in this way are designated in FIGS. 4, 5 with 20 t and 20 h .
  • a model 31 hanging on a model plate 30 is then inserted into the recesses 20 t , 20 h ; between the remaining zone B of the molding bed 10 and the model 31 or an insertion plug 32 in the area of the sprue 13 there remains a filling spout 33 of that width e, which - as indicated at 15 - is now filled with molding material; after the molding material portion 15 has been filled in (see FIG. 6), the shape of the original molding space 11 is restored for a new casting process.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gießform mit chemisch gebundenem Formstoff unter Verwendung eines Modells der den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildende, nächste Stand der Technik ist allgemein bekannt.
  • In dem Formstoff wird ein Hohlraum als Teil eines Formraumes für das Gußstück erzeugt und dieser Formraum mit Flüssigmetall gefüllt, wobei um das Gußstück im Formstof feine von der Gießtemperatur beeinflußte Zone entsteht. Dem Fachmann sind mehrere Verfahren zum Herstellen von Gusstücken aus Flüssigmetall in einer Gießform bekannt, wobei unter Zuhilfenahme eines rieselfähigen und mit Bindemittel versetzten Formsandes sowie eines in diesen zeitweilig eingebrachten Modells der Formraum ausgebildet wird.
  • So erfolgt etwa beim Sandguß-Handformverfahren das Ausformen im Formsand mit Durchlaufmischern und manuellen eingriffen, mit Handstampfer, Druckluftstampfer oder Slingeres entsteht eine einmal nutzbare Gießform. Beim Sandguß-Maschinenformverfahren werden Gießformen und Kern mittels Form- bzw. Kernschießmaschinen hergestellt. Gießsand als Formmedium wird in Formen durch Rütteln, Pressen unter Vakuum oder durch Explosionen eingebracht und verdichtet. Kernformen werden zumeist ausgeschossen. Gießform und Kern sind nur einmal einsetzbar.
  • Der Maskenformguß setzt beheizte Metallmodelle und -kernkästen zur Herstellung von Maskenformen und Maskenkernen aus kunstharzgebundenen Sanden voraus. Auch hier ist jede Maske und jeder Kern nur einmal zu benutzen.
  • Im Rahmen der Vollformgießverfahren werden einmal verwendbare, aus Kunstschaumstoff herausgeschnittene Modelle verwendet, die entsprechend dem Handformverfahren eingeformt werden, aber in der Gießform verbleiben. Als Formstoffe dienen hier Gießereisande mit beispielsweise kalthärtenden Bindern. Dieses Verfahren ist sowohl zur Einzelfertigung mittlerer und großer Gußstücke als auch zur Serienfertigung geeignet, wenn serienmäßig in speziellen Formen geschäumte Modelle vorfabriziert werden.
  • Chemisch gebundene Sandformen werden mit gutem Erfolg in der Handformerei, zur Einzelfertigung und zur Kernherstellung herangezogen. Im Bereich der Kleinserienfertigung findet man chemisch gebundene Sandformen als Masken, die von Maskenschalen oder gasdurchlässigen Hinterfüllwerkstoffen beispielsweise durch losen Sand oder Stahlkies - gestützt werden.
  • Bei Massenfertigungen werden Gußteile vorzugsweise in Kokillen oder Grünsandformen hergestellt. Als Vorteile der Grünsandformen gegenüber der Gießformen aus chemisch gebundenem Sand können die niedrigen Formstoffkosten angesehen werden sowie die Anwendbarkeit produktionserprobter Formautomaten, die geringe Taktzeiten ermöglichen. Jedoch überwiegen die Nachteile der Grünsandform gegenüber den chemisch gebundenen Formen, nämlich
    • - hohe Anforderungen an Sand- und Bindemittelqualität;
    • - hoher Formstoffmengenbedarf;
    • - Bindemittel werden knapp;
    • - aufwendige Sandaufbereitung u.a. durch großen Platzbedarf, lange Abkühlstrecken;
    • - Erfordernis zweier Sandsysteme für Gießform und Kern;
    • - hoher Energieaufwand;
    • - Form- und Gußfehler schon bei geringen Formstoffschwankungen;
    • - größeres Toleranzfeld;
    • - schlechtere Gußoberflächen;
    • - hoher Putzaufwand;
    • - hohe Ausschußquote;
    • - Erfordernis eines hohen Ausbildungsstandes des Fachpersonals;
    • - große Umweltbelastung.
  • Angesichts dieser Erkenntnisse hat sich der Erfinder nun das Ziel gesetzt, ein Verfahren zum Herstellen einer Gießform der eingangs erwähnten Art - und damit von Gußstücken - zu schaffen, dank dessen es möglich wird, insbesondere für die Serienfertigung von Gußstücken auf den Einsatz von tongebundenen Sanden unter Meidung der genannten Nachteile zu verzichten und eine - bei geringem Verbrauch an Formstoff - einfach herzustellende sowie kostengünstige Gießform ausreichender Gasdurchlässigkeit anzubieten, die zudem eine hohe Gußqualität bei geringer Umweltbelastung gewährleistet.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben. Hierbei wird aus einer aus einem einzigen Formstoff hergestellten ersten Gießform nach dem Abguß eines ersten Gußstückes zumindest der Anteil des Formstoffes entfernt, welcher in der von der Gießtemperatur beeinflußten Zone rieselfähig geworden ist. Der restliche Teil des Formstoffes wird belassen und der bei Einlegen des Modells geschaffene Hohlraum vor dem nächstfolgenden Gießvorgang durch Formstoff zur Wiederherstellung des Formraumes aufgefüllt. Zusätzlich kann vorteilhafterweise - über den rieselfähigen Anteil hinaus - auch noch der Anteil des Formstoffes entfernt werden, der - in einer angrenzenden Zone -thermisch beeinflußt- in seiner Festigkeit vermindert worden ist.
  • Der chemisch gebundene Formstof f ist nach einem anderen Merkmal der Erfindung Formsand.
  • Als günstig hat es sich auch erwiesen, die Gießform in einem Formkasten herzustellen, wenn die Erfindung auch bei kastenlosen Gießformen anzuwenden ist.
  • Durch diese Maßgaben wird es möglich, die erforderlichen Formstoffmengen zu minimieren, ohne daß es zur Verminderung des Formstoffeinsatzes bekannter Hilfsmittel wie Schalen oder Stützmassen bedurfte; letztere bedingen eine aufwendige Handhabung sowie zusätzliche Aufbereitungskosten.
  • Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während des ersten Umlaufes das Modell abgeformt, wobei das Einbringen des Formstoffes bzw. Formsandes in üblicher Weise etwa durch Schießen und Saugen erfolgen kann. Dann wird die Gießform in bekannter Art - wenn nötig - geschlichtet, durch Kerne ergänzt und zusammengesetzt.
  • Nach dem Abgießen wird die Gießform - wie bekannt - durch eine Kühlstrecke geleitet, dann geteilt sowie des erstarrte Gußstück entnommen.
  • Der durch die Gießtemperatur rieselfähig gewordene Formstoffanteil in unmittelbarer Nachbarschaft der Gußstücke sowie der in seiner Festigkeit ebenfalls verminderte Formstoff einer anschließenden Außenzone, der ohne größere Einwirkung zerfällt, wird erfindungsgemäß nunmehr ausgekehrt, ausgeblasen oder ausgeschüttet; der thermisch kaum belastete Teil des Formstoffes wird in der Form belassen und bildet vom zweiten Formumlauf ab eine Hinterfüllmasse mit allen Vorzügen einer üblichen Sandform (Gasdurchlässigkeit usw).
  • So sind als weitere Merkmale der Erfindung anzusehen, daß zum einen die Gießform mit einheitlichem Formstoff hergestellt sowie zum anderen der in der thermisch beeinflußten Zone liegende Anteil des Formstoffes, bevorzugt ohne den Einsatz mechanischer Werkzeuge, entfernt und diese thermisch beeinflußte Zone durch den gleichen Formstoff aufgefüllt wird.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt zudem, daß der aus der thermisch beeinflußten Zone entfernte Anteil des Formstoffes regeneriert und in diese Zone zurückgeführt wird.
  • Durch das beschriebene Verfahren kann mit einer Einheitformkastengröße gefahren werden, da sich durch die thermische Beanspruchung des Flüssigmetalls der notwendige Hohlraum zwischen Modell und fest verbliebener Schale bildet. Ein Einsatz von Füllmengen ergebenden Verdrängungskörpern - etwa von aufblasbaren Schläuchen, Altsandknollen, grobem Sand, Styropor mit dem bedingten Handhabungsaufwand - kann entfallen.
  • Es entstehen folgende Vorteile:
    • - Form und Kern können aus einem Formstoff hergestellt werden;
    • - die vom 2. Umlauf ab eingebrachte Formstoffmenge ergibt sich durch das Gießverfahren;
    • - die Menge für die Sandrückgewinnung ist gering;
    • - die Sandqualität ist durch die thermische Belastung in den meisten Fällen sehr gut und kann sogar besser als Neusand sein (Neusand braucht nur als Schwundsand zugegeben werden);
    • - die Deponien werden weniger belastet;
    • - die Lärmbelästigung beim Ausschlagen entfällt;
    • - die Rückgewinnungsanlage benötigt eine geringe Kapazität;
    • - die Menge an Flüssigmetall kann in vielen Fällen geringer sein (steigerloses Gießen), was zur Senkung der Schmelzkosten führt.
  • Die Gießform muß nur bei einem Wechsel zu einem größeren Modell vom Formstoff befreit werden; die Kastenhälften können z. B. im Strahlhaus sauber gestrahlt werden, denkbar ist auch eine Ausschlagstelle.
  • Durch dieses Verfahren werden die erforderlichen Formstoffmengen so stark reduziert, daß ein Sand/Guß-Verhältnis unter 2: 1 erreicht wird; beim Grünsandverfahren sind Sand/Guß-Verhältnisse von 12:1 keine Seltenheit. Die Formstoffreduzierung durch das erfindungsgemäße Verfahren ist beachtlich.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
    • Fig. 1: eine Seitenansicht eines teilweise geschnittenen Formkastens zum Gießen eines Gußstückes;
    • Fig. 2: ein der Fig. 1 entsprechende Darstellung des Formkastens nach dem Gießvorgang;
    • Fig. 3: das Trennen von Teilen des geschnitten wiedergegebenen Formkastens;
    • Fig. 4 bis Fig. 7 Teile des geschnittenen Formkastens in schematischer Wiedergabe unterschiedlicher Verfahrens stufen.
  • Ein in der Zeichnung angedeuteter Formkasten 1 zum Gießen eines Gußstückes umfaßt einen Unterkasten 2 sowie einen Oberkasten 3, deren freie Kanten 4,5 aufeinandergelegt und die mittels in Kraglaschen 6 sitzender - sowie von einem Keil 7 durchsetzter - Führungsstifte 8 verbunden sind.
  • Der Formkasten 1 umgibt ein Formstoffbett 10 aus kaltharzgebundenem Quarzsand, in dessen Zentrum ein Formraum 11 mit Kern 12 für das spätere Gußstück G zu erkennen ist. Ein Einguß für Flüssigmetall ist mit 13 bezeichnet; Speiser, Gießtümpel und dgl. sind aus Gründen der übersichtlichkeit in der Zeichnung vernachlässigt.
  • Während des Gießens des Gußstückes G und kurze Zeit danach verändert sich der Formstoff in dem an das Metall angrenzenden Bereich: der dem Gußstück G unmittelbar anligende Formstoff zerfällt in einer Innenzone J unter Einfluß der Gießwärme zu einem sandartigen Haufwerk, verkrustet in einer zweiten - in der Zeichnung schwarz hervorgehobenen - Zone A, außerhalb derer der Formstoff des Formbettes 10 einer so geringen thermischen Belastung ausgesetzt ist, daß er - und mit ihm die Festigkeit des von ihm in einer Zone B gebildeten Formbetteils - im wesentlichen unverändert erhalten bleibt.
  • Zur Herausnahme des Gußstückes G sowie des Kernes 12 wird der Oberkasten 3 vom Unterkasten 2 abgehoben und gewendet abgestellt (Fig. 3).
  • In der Innenzone J entstandener rieselfähig gewordener Formstoff des vormaligen Formbettes 10 ist ohne weiteres zu entfernen, beispielsweise auszublasen. Auch der etwas fester gebliebene, gegenüber seiner ursprünglichen Festigkeit aber lockerer gewordene Formstoffanteil in den thermisch beeinflußten Zonen J,A ist über deren gesamten Breite e leicht zu entfernen, so daß die Breite i des Formraumes 11 sowohl im Bereich des unteren Formraumteiles 11; als auch des oberen Formraumteilers 11 h anschließend um jene Breite e beidseits der Formkastenmittellinie M erweitert ist. Die so entstehenden Ausnehmungen sind in den Fig. 4, 5 mit 20t und 20h bezeichnet.
  • Anschließend wird in die Ausnehmungen 20t, 20h ein an einer Modellplatte 30 hängendes Modell 31 eingesetzt; zwischen der verbliebenen Zone B des Formbettes 10 und dem Modell 31 bzw. einem Einsteckpfropfen 32 im Bereich des Eingusses 13 verbleibt ein Füllspall 33 jener Breite e, der nun - wie bei 15 angedeutet - mit Formstoff gefüllt wird; nach dem Einfüllen des Formstoffanteils 15 (s. Fig. 6) ist die Gestalt des ursprunglichen Formraumes 11 für einen neuen Gießvorgang wieder hergestellt.
  • Die ausgeblasenen bzw. in anderer Weise herausgenommenen Formstoffanteile der Zonen J und A werden in üblicher Art wieder aufbereitet und können dann als den Formraum 11 wiederherstellender Formstoffanteil 15 erneut Verwendung finden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen einer Gießform mit chemisch gebundenem Formstoff unter Verwendung eines Modells (31),
dadurch gekennzeichnet,
daß aus einer aus einem einzigen Formstoff hergestellten ersten Gießform der durch den Abguß eines Gußstücks (G) rieselfähig gewordene Formstoff (3) entfernt wird, daß der restliche Teil (B) des Formstoffes belassen wird, und daß der bei Wiedereinlegen des Modells (31) geschaffene Hohlraum (33) erneut mit Formstoff aufgefüllt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Herausnahme des ersten Gußstückes (G) der Anteil des Formstoffes entfernt wird, welcher in der von der Gießtemperatur hoch beanspruchten inneren Zone (J) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der in seiner Festigkeit verminderte Formstoff (Zone A) entfernt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. gekennzeichnet durch Formsand als Formstoff.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu entfernende Anteil (A, 3) des Formstoffes ohne mechanische Werkzeuge entfernt wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der in seiner Festigkeit verminderte Formstoff, der ohne größere Einwirkung zerfällt, ausgeblasen und/oder ausgekehrt wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform in einem Formkasten (1) hergestellt wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum durch den Formstoff aufgefüllt wird. welcher jenem der ersten Gußform gleich ist.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Hohlraum entfernte Anteil (A, 3) des Formstoffes aufbereitet und in den Hohlraum zurückgeführt wird.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils nach dem Gießvorgang verbleibende restliche Teil (B) des Formstoffes als eine Hinterfüllmasse für den nachfolgenden Formvorgang eingesetzt wird.
EP84107313A 1983-07-01 1984-06-26 Verfahren zum Herstellen einer Giessform Expired EP0133211B1 (de)

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