EP0581201A1 - Verfahren zum Einbetten von Modellen für das Vollformgiessverfahren - Google Patents

Verfahren zum Einbetten von Modellen für das Vollformgiessverfahren Download PDF

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EP0581201A1 EP93111778A EP93111778A EP0581201A1 EP 0581201 A1 EP0581201 A1 EP 0581201A1 EP 93111778 A EP93111778 A EP 93111778A EP 93111778 A EP93111778 A EP 93111778A EP 0581201 A1 EP0581201 A1 EP 0581201A1
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Jürgen Dr.Ing Bast
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Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
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Huettens-Albertus Chemische Werke GmbH
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    • 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
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B22C9/046—Use of patterns which are eliminated by the liquid metal in the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C15/00—Moulding machines characterised by the compacting mechanism; Accessories therefor
    • B22C15/10—Compacting by jarring devices only

Definitions

  • a model (or a model grape) made of a thermally decomposable material (usually rigid polystyrene foam) is embedded in a one-piece molding container in a free-flowing granular molding material in such a way that the Molding material lies on the model on all sides and no gap forms around the model.
  • the model remains in the mold container during casting, it is continuously gasified by the hot casting melt and is also continuously replaced by the melt, so that no cavity is formed even during casting.
  • the free-flowing molding material e.g. Quartz sand, can therefore be free of binders.
  • the main advantage of the full mold casting process over the conventional hollow mold casting processes using split permanent models is that a one-piece positive image of the casting can be used as a model and that no cores are required to fill undercuts and interiors of the casting. This eliminates the expense of manufacturing and inserting the cores and reworking the burrs that inevitably develop on the mold division level and on the core brands.
  • the proper and high quality embedding of the model in the molding material is important for the success of the full mold casting process Requirement. It must be ensured that the molding material also fills undercuts and interiors just as completely as the other outer contours of the model. This requirement, which does not exist in hollow mold casting because of the cores added there, cannot always and in any case not always be met without problems in the practice of the full mold casting process. As a result of the natural angle of repose and the internal friction of the molding material, simply running the molding material into the molding container is not sufficient to embed defect-free areas, such as internal surfaces of the model that run transverse to the direction of insertion, or even dome-like interiors.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for embedding models for the full mold casting method, according to which those models which have critical parts in the above-mentioned sense can also be molded in in a simple manner in accordance with quality.
  • this object is achieved in that the molding material is made to beat during its entry into the molding container.
  • the term "beats” is understood, as is customary in the art, to mean vibrations with periodically increasing and decreasing amplitudes, which result from the superimposition of two harmonic (sinusoidal) fundamental vibrations, which are somewhat offset from one another in the basic frequency and / or basic phase and are the same or can have different basic amplitudes.
  • the same or almost the same basic amplitudes of the fundamental vibrations are preferred, so that a rest phase or a phase of low acceleration values occurs within a beat period.
  • the method according to the invention requires no special outlay in terms of either apparatus or control technology. Rather, it is sufficient to equip the vibration tables, which are already used in the full mold casting process, with two vibration exciters, which can be set independently of one another, so that the optimum beat behavior can be selected for each application.
  • the speed at which the molding material runs in no longer needs to be made dependent on the filling height of the molding container, but is preferably kept constant (at least in the individual filling levels of the sand in the molding container).
  • hollow molding involves maximum compression of the molding material in order to achieve a stable mold cavity, while in the full molding process the compression only needs to be sufficient to prevent the molding material from settling.
  • a binder-containing molding material is always used, the flow behavior of which differs fundamentally from the flow behavior of a dry binder-free molding material solely on account of its moisture content.
  • the drawing schematically shows a full-mold casting model 1 made of rigid polystyrene foam in the extreme shape of a dome open at the bottom, the inlet and any feeders not being shown.
  • the model 1 is fastened in a sand-tight molded container 2.
  • the position of the model in such a way that its hollow interior 3 only opens downward is due to casting technology and is the cause of the problems which arise when the model is embedded in the molding material 4 (in this example, dry quartz sand. that the interior 3 opens upwards or to the side, the problems with embedding would probably be manageable by the known vibration technology, but these two layers are unfavorable in terms of casting technology.
  • the mold container 2 is attached to a vibration table 5, which is set in motion with two vibration exciters operated at slightly different frequencies, which are transferred to the incoming molding material 4.
  • the vibration exciters are not shown any further. They can be driven in the usual way by compressed air or by an electric motor and are accordingly regulated either pneumatically or electrically. Their arrangement can be such that they both act vertically on the vibrating table 5 or that one acts vertically and the other horizontally on the vibrating table 5.
  • the characteristic data for the basic vibrations and the resulting beats depend on the one hand on the type and design of the vibration system and on the other hand on the shape of the model to be embedded (type and position of the undercuts).
  • Typical areas are as follows: Fundamental vibrations vertical basic amplitude 0.3 to 0.6 mm vertical fundamental frequency 25 to 50 Hz horizontal basic amplitude 0.05 to 0.15 mm horizontal fundamental frequency 25 to 50 Hz Resulting beats resulting fundamental frequency 25 to 50 Hz resulting amplitude min 0.10 mm / max 1.00 mm preferably min 0.15 mm / max 0.75 mm Frequency of beats 0.3 to 5.0 Hz preferably 0.5 to 2.0 Hz
  • the invention is not limited to the use of quartz sand, but can be used with any dry, free-flowing molding material.
  • This also includes iron granules which are used in the magnetic molding process (which represents a variant of the full molding process).

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Abstract

Beim Vollformgießverfahren werden verlorene Modelle (meistens aus Polystyrolhartschaum) in einen rieselfähigen bindemittelfreien Formstoff (z.B. Quarzsand) eingebettet. Dabei hat es sich als schwierig erwiesen, kritische Modellpartien wie Hinterschneidungen und kuppelartige Hohlräume so mit dem Formstoff zu füllen, daß der Formstoff auch diese Modellpartien spaltfrei umschließt. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Formstoff während seines Einlaufens in den Formbehälter in Schwebungen versetzt wird. Die Schwebungen werden dabei aus zwei in der Amplitude gleichen oder nahezu gleichen Grundschwingungen erzeugt, die eine regelbare, leicht unterschiedliche Grundfrequenz und/oder Grundphase aufweisen. Die Grundschwingungen können in horizontaler und/oder vertikaler Richtung auf den Formbehälter einwirken. Auf diese Weise gelingt es, auch Modelle mit extrem kritischen Modellpartien qualitätsgerecht einzubetten. <IMAGE>

Description

  • Bei dem in der Gießereitechnik seit einiger Zeit eingeführten Vollformgießverfahren (DE-C 11 08 861) wird ein Modell (bzw. eine Modelltraube) aus einem thermisch zersetzbaren Werkstoff (üblicherweise Polystyrolhartschaum) in einem einteiligen Formbehälter so in einen rieselfähigen körnigen Formstoff eingebettet, daß der Formstoff allseits an dem Modell anliegt und sich um das Modell herum kein Spalt ausbildet. Das Modell verbleibt beim Gießen im Formbehälter, es wird durch die heiße Gießschmelze kontinuierlich vergast und ebenso kontinuierlich durch die Schmelze ersetzt, so daß auch während des Gießens kein Hohlraum entsteht. Der rieselfähige Formstoff, z.B. Quarzsand, kann daher bindemittelfrei sein.
  • Der wesentliche Vorteil des Vollformgießverfahrens gegenüber den üblichen Hohlformgießverfahren unter Verwendung von geteilten Dauermodellen besteht darin, daß ein einteiliges positives Abbild des Gußstücks als Modell verwendet werden kann und daß auch keine Kerne benötigt werden, um Hinterschneidungen und Innenräume des Gußstücks auszufüllen. Dadurch entfällt der Aufwand für das Herstellen und Einlegen der Kerne und für das Nacharbeiten der sich unvermeidlich in der Formteilungsebene und an den Kernmarken ausbildenden Grate.
  • Für den Erfolg des Vollformgießverfahrens ist die ordnungsgemäße und qualitätsgerechte Einbettung des Modells in den Formstoff eine wichtige Voraussetzung. Es muß nämlich sichergestellt sein, daß der Formstoff auch Hinterschneidungen und Innenräume ebenso vollständig ausfüllt wie die übrigen Außenkonturen des Modells. Diese Forderung, die beim Hohlformgießen wegen der dort zugelegten Kerne nicht besteht, läßt sich in der Praxis des Vollformgießverfahrens nicht immer und jedenfalls nicht immer problemlos erfüllen. Infolge des natürlichen Schüttwinkels und der inneren Reibung des Formstoffs reicht ein bloßes Einlaufen des Formstoffs in den Formbehälter nicht aus, um kritische Partien wie quer zur Einschüttrichtung verlaufende Innenflächen des Modells oder gar kuppelartige Innenräume mängelfrei einzubetten.
  • Es wurde bereits vorgeschlagen (DE-C 12 03 920), dem Formstoff während des Einlaufens durch Vibration mit hohen Beschleunigungs- und Frequenzwerten eine solche Fließfähigkeit zu erteilen, daß auch kritische Partien mit Formstoff ausgefüllt werden. Dabei kann jedoch insbesondere unter quer zur Schwerkraft verlaufenden Modellflächen ein Setzen des Formstoffes eintreten, wenn die Vibrationserregerkräfte nicht mehr wirksam sind. Als Folge davon entsteht zwischen Modell und Formstoff ein Spalt, der durch die einströmende Schmelze ausgefüllt wird und sich auf dem erstarrten Gußteil als Oberflächenfehler abzeichnet. Kuppelartige Innenräume des Modells lassen sich auch durch ein vibrierendes Einlaufen des Formstoffs nicht einbetten.
  • Um auch Gußstücke mit kuppelartigen Innenräumen wie Pumpengehäuse u. dgl. dem Vollformgießverfahren zugänglich zu machen, ist weiterhin schon vorgeschlagen worden (DE-C 37 07 467), den Formstoff während seines Einfüllens in den Formbehälter einem Unterdruck mit Druckdifferenz in Einfüllrichtung auszusetzen und ihn dabei gleichzeitig zu rütteln. Da die Höhe des Unterdruckes von der Beschaffenheit des Formstoffes und dessen Gasdurchlässigkeit sowie der Füllhöhe abhängt, ist eine zusätzliche Steuerung des Unterdrucks beim Einfüllen erforderlich. Insgesamt führt diese Arbeitsweise damit zu einem erheblichen apparativen und regeltechnischen Aufwand. Außerdem muß die Füllhöhe des Formstoffs in der Nähe des auszufüllenden Innenraumes während der Zeit des Ausfüllens in etwa konstant gehalten werden, damit sich für die Luft ungehindert Strömungsgassen ausbilden können, über die der Formstoff in den hohlen Innenraum transportiert wird. Um diesen Vorgang nicht zu behindern, muß die Formstoffzufuhr beim Erreichen eines bestimmten Niveaus unterbrochen oder an eine Stelle verlegt werden, an der besagte Strömungsgassen nicht zugeschüttet werden. Das stellt erhöhte Anforderungen an die Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals bzw. an die Regelungstechnik. Hinzu kommt, daß trotz dieses Aufwands eine qualitätsgerechte Einbettung von Modellen mit kritischen Partien nicht in allen Fällen gelingt, so daß es nach wie vor Gußstücke gibt, die mit Kernen oder ganz nach den herkömmlichen Verfahren gefertigt werden müssen und damit von den Vorteilen des Vollformverfahren ausgeschlossen sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Einbetten von Modellen für das Vollformgießverfahren zur Verfügung zu stellen, nach dem auf einfache Weise auch solche Modelle qualitätsgerecht eingeformt werden können, die kritische Partien im obenaufgeführten Sinne aufweisen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Formstoff während seines Einlaufens in den Formbehälter in Schwebungen versetzt wird. Unter dem Begriff "Schwebungen" werden dabei, wie in der Technik üblich, Schwingungen mit periodisch ansteigenden und wieder abfallenden Amplituden verstanden, die durch Überlagerung zweier harmonischer (sinusförmiger) Grundschwingungen entstehen, welche in der Grundfrequenz und/oder Grundphase etwas gegeneinander versetzt sind und gleiche oder unterschiedliche Grundamplituden haben können. Bevorzugt sind dabei gleiche oder nahezu gleiche Grundamplituden der Grundschwingungen, so daß sich innerhalb einer Schwebungsperiode eine Ruhephase oder eine Phase geringer Beschleunigungswerte einstellt.
  • Überraschend wurde festgestellt, daß ein Formstoff, der während des Einlaufens in den Formbehälter mit Schwebungsvibrationen beaufschlagt wird, ein flüssigkeitsartiges Fließverhalten annimmt und damit in der Lage ist, in allen kritischen Innenräumen des Modells, sogar auch in kuppelartigen Innenräumen von unten nach oben aufzusteigen, ähnlich dem Aufsteigen einer Flüssigkeit beim Befüllen von kommunizierenden Röhren. Dieses Phänomen ist theoretisch noch nicht erklärbar, geht aber vermutlich darauf zurück, daß der Formstoff durch die Schwebungen einem periodischen Wechsel von aufschwellenden und abschwellenden Beschleunigungsverfahren ausgesetzt wird, wodurch der Formstoff einerseits die außerordentliche Fließfähigkeit erhält und andererseits, bedingt durch die Ruhephasen oder Phasen geringer Beschleunigungswerte zwischen den einzelnen Schwingungsperioden, auch Gelegenheit hat, eine ausreichende Packungsdichte einzunehmen. Jedenfalls wurde ein Setzen des Formstoffes nach Beendigung des erfindungsgemäßen Einbettens nicht beobachtet, d.h., Spalte zwischen dem Modell und dem Formstoff waren auch an den kritischen Modellpartien nicht festzustellen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert weder apparativ noch regeltechnisch einen besonderen Aufwand. Vielmehr genügt es, die ohnehin beim Vollformgießverfahren gebräuchlichen Vibrationstische mit zwei Schwingungserregern auszurüsten, die unabhängig voneinander einstellbar sind, damit für jeden Anwendungsfall das optimale Schwebungsverhalten gewählt werden kann. Auch braucht die Einlaufgeschwindigkeit des Formmstoffs nicht mehr von der Füllhöhe des Formbehälters abhängig gemacht zu werden, sondern wird (zumindest in den einzelnen Füllebenen des Sandes im Formbehälter) vorzugsweise konstant gehalten.
  • Es ist zwar für sich bekannt (DE-C 830 424), Formsand in einen Formkasten mit einer Vibriereinrichtung zu verdichten, die mittels zweier Schwingungserzeuger Schwebungen erzeugt. Dieser rund 40 Jahre alte Vorschlag, der auch keinen Eingang in die Gießereipraxis gefunden hat, unterscheidet sich jedoch in mehrfacher Hinsicht von der Erfindung. So handelt es sich offensichtlich um die Herstellung von Formen für das Hohlformgießen mit Hilfe von Dauermodellen und ggfs. eingelegten Kernen, denn das Vollformgießverfahren war damals noch nicht bekannt. Weiterhin wird bei diesem bekannten Verfahren die Schwebungsvibration an den bereits befüllten Formkasten angelegt und damit zu einem Zeitpunkt, der für die Zwecke der Erfindung zu spät ist. Außerdem geht es beim Hohlformgießen um eine maximale Verdichtung des Formstoffes zur Erzielung eines stabilen Formenhohlraumes, während beim Vollformgießverfahren die Verdichtung nur so ausreichend zu sein braucht, daß kein Setzen des Formstoffs eintritt. Schließlich wird beim Hohlformgießen stets ein bindemittelhaltiger Formstoff eingesetzt, dessen Fließverhalten allein aufgrund seines Feuchtigkeitsgehalts von dem Fließverhalten eines trockenen bindemittelfreien Formstoffs grundlegend abweicht. Somit war es auch in Kenntnis dieses bekannten Verfahrens nicht vorhersehbar, daß es mit der Erfindung gelingt, ein mit kritischen Partien einschließlich hohler, nur nach unten offener Innenräume ausgestattetes Vollform-Gießmodell qualitätsgerecht in den Formstoff einzubetten.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbelspiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
  • Die Zeichnung zeigt schematisch ein Vollform-Gießmodell 1 aus Polystyrol-Hartschaum in der extremen Form einer nach unten offenen Kuppel, wobei der Einlauf und etwaige Speiser nicht mit dargestellt sind. Das Modell 1 ist in einem sanddichten Formbehälter 2 befestigt. Die Lage des Modells derart, daß sich sein hohler Innenraum 3 nur nach unten öffnet, ist gießtechnisch bedingt und ist die Ursache für die beim Einbetten des Modells in den Formstoff 4 (in diesem Beispiel trockener Quarzsand auftretenden Probleme. Bei einer Lage des Modells derart, daß sich der Innenraum 3 nach oben oder zur Seite hin öffnet, würden die Probleme beim Einbetten durch die bekannte Vibrationstechnik voraussichtlich beherrschbar sein, aber diese beiden Lagen sind gießtechnisch ungünstig.
  • Der Formbehälter 2 ist auf einem Vibrationstisch 5 befestigt, der mit zwei mit leicht unterschiedlicher Frequenz betriebenen Schwingungserregern in Schwebungen versetzt wird, die sich auf den einlaufenden Formstoff 4 übertragen. Die Schwingungserreger sind nicht weiter dargestellt. Sie können in üblicher Weise durch Druckluft oder elektromotorisch angetrieben sein und werden dementsprechend entweder pneumatisch oder elektrisch geregelt. Ihre Anordnung kann so getroffen sein, daß sie beide vertikal auf den Vibrationstisch 5 einwirken oder daß einer vertikal und der andere horizontal auf den Vibrationstisch 5 einwirkt.
  • Die Kenndaten für die Grundschwingungen und die resultierenden Schwebungen sind einerseits vom Typ und von der Auslegung der Vibrationsanlage und andererseits auch von der Gestalt des einzubettenden Modells (Art und Lage der Hinterschneidungen) abhängig. Typische Bereiche (bei kombiniert horizontaler und vertikaler Einleitung der Grundschwingungen) sind folgende:
    Grundschwingungen
    vertikale Grundamplitude 0,3 bis 0,6 mm
    vertikale Grundfrequenz 25 bis 50 Hz
    horizontale Grundamplitude 0,05 bis 0,15 mm
    horizontale Grundfrequenz 25 bis 50 Hz
    Resultierende Schwebungen
    resultierende Grundfrequenz 25 bis 50 Hz
    resultierende Amplitude min 0,10 mm / max 1,00 mm
    vorzugsweise min 0,15 mm / max 0,75 mm
    Frequenz der Schwebungen 0,3 bis 5,0 Hz
    vorzugsweise 0,5 bis 2,0 Hz
  • Es können für besonders komplexe Modelle auch andere, von diesen typischen Bereichen abweichende Kenndaten in Betracht kommen. Die jeweils optimalen Werte lassen sich für jeden Anwendungsfall durch einfache Versuche ermitteln.
  • In der Zeichnung ist ein Zustand während des Einlaufens des Formstoffes 4 angenommen. Der Formstoff wird in Pfeilrichtung 6 (mit einer in den einzelnen Füllebenen vorzugsweise konstanten Geschwindigkeit, deren Wert wiederum von dem einzubettenden Modell abhängt) zugeführt und steigt dabei aufgrund der in den Formbehälter eingeleiteten Schwebungen nach Art einer Flüssigkeit stetig nach oben, und zwar sowohl außerhalb als auch innerhalb des Innenraumes 3, wie durch die Pfeile 7 und 8 angedeutet. Sobald der Formbehälter auf diese Weise bis zu seiner Oberkante gefüllt ist, ist auch der Innenraum 3 mit Sicherheit qualitätsgerecht gefüllt, ohne daß dafür noch weitere Maßnahmen erforderlich sind.
  • Die in der Zeichnung für das extreme Beispiel einer nach unten offenen Kuppel erläuterte Wirkung tritt auch bei anderen kritischen Partien eines Modells in gleicher Weise ein, so daß die Erfindung auch bei schwierigsten Konturen des Modells erfolgreich einsetzbar ist.
  • Im übrigen ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Quarzsand beschränkt, sondern bei jedem trockenen rieselfähigen Formstoff anwendbar. Dies schließt auch Eisengranalien ein, die bei dem (eine Variante des Vollformgießverfahrens darstellenden) Magnetformgießverfahren verwendet werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Einbetten von Modellen für das Vollformgießverfahren unter Verwendung von rieselfähigem, bindemittelfreiem Formstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff während seines Einlaufens in den Formbehälter in Schwebungen versetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebungen aus zwei in der Amplitude gleichen oder nahezu gleichen Grundschwingungen erzeugt werden, die eine regelbare, leicht unterschiedliche Grundfrequenz und/oder Grundphase aufweisen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschwingungen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung auf den Formbehälter einwirken.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Schwebungsfrequenz von 0,3 bis 5 Hz (vorzugsweise 0,5 bis 2,0 Hz) bei Schwebungsamplituden zwischen minimal 0,10 mm (vorzugsweise 0,15 mm) und maximal 1,00 mm (vorzugsweise 0,75 mm) gearbeitet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff mit einer in den einzelnen Füllebenen weitgehend konstanten Einlaufgeschwindigkeit in den Formbehälter eingefüllt wird.
EP93111778A 1992-07-30 1993-07-22 Verfahren zum Einbetten von Modellen für das Vollformgiessverfahren Expired - Lifetime EP0581201B1 (de)

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DE102004027638B3 (de) * 2004-06-05 2006-02-09 Albert Handtmann Metallgusswerk Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Transport und zur Verdichtung der Formstoffpartikel bei der Formherstellung mittels Vollformgießverfahrens

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DE830424C (de) * 1949-09-11 1952-02-04 Carl Schenck Maschinenfabrik D Verfahren und Vorrichtung zum Vibrieren von dreh- oder schwenkbar gelagerten Koerpern, z.B. Formen, Behaeltern, Sieben o. dgl.
DE1203920B (de) * 1960-07-06 1965-10-28 Heinrich Nellen Verfahren zur Herstellung von Giessformen

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