WO2001036129A1 - Verfahren zur herstellung von gussformen - Google Patents

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Mohammed Ali Seiraffi
Holger Schreiber
Jürgen RETTIG
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Hottinger Maschinenbau 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
    • B22C15/23—Compacting by gas pressure or vacuum
    • B22C15/24—Compacting by gas pressure or vacuum involving blowing devices in which the mould material is supplied in the form of loose particles

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of casting molds, in particular consisting of cores or core packages, molding materials, preferably molding sands, being blown or shot into a molding chamber under a predetermined pressure via a gaseous flow medium, preferably via air, the shot and thereby solidified mold vented, the tool opened and after the tool is opened the closed mold is removed.
  • the invention relates generally to the field of foundry technology.
  • foundry cores or molds are usually produced in separate parts, brought together and connected to one another to form a casting mold or a core package. These core packages are then filled with molten metal to produce, for example, a metallic workpiece, the series of core packages to be filled with molten metal passing through the production line in succession.
  • the method known from DE 44 22 353 C2 is problematic in practice, however, since only a maximum pressure is detected. If, for example, a pressure maximum arises when the nozzles become increasingly clogged, the blowing process is ended without an adequate shaping being able to take place.
  • the known method is a control, the parameter used for the control being the pressure maximum within the molding chamber.
  • the present invention is based on the object of developing a method of the generic type in such a way that process monitoring for quality assurance takes place with simple means.
  • the method according to the invention achieves the above object by the features of patent claim 1.
  • the generic method is characterized in that the firing process and / or the venting process is regulated by means of detected and optionally processed process parameters according to any predetermined specification.
  • a regulation is carried out, which is based on process parameters according to any prescribable regulation.
  • the processes of actual firing and venting before the shot and solidified form are removed are affected.
  • the aim of such a regulation is to reduce the cycle time, to automate the manufacturing process and to identify defects or errors via conclusions from the process parameters and the resulting cycle times.
  • control could be based on individual process parameters, predefinable combinations of the process parameters or algorithms based on the process parameters.
  • a maximum process duration can be specified as special process parameters. If a longer process time resulted or were calculated based on the other process parameters, conclusions could be drawn about a defect, for example clogged nozzles, defects on the tool or the like. In the end, it is the detected parameters that allow different conclusions to be drawn about the quality of the production and / or the condition of the tool.
  • the process parameter that can be detected is the pressure that builds up in the overall system during firing or that prevails there. Specifically, this can be the pressure in the shot air reservoir, in the sand bunker, in the tool, in the pipes or anywhere else in the system.
  • a pressure curve could be used as a basis here when the shooting process was carried out correctly, with which the actual pressure curve across the shooting process is compared. If the actual pressure curve deviates from the specified pressure curve, the duration of the shooting process could be lengthened or shortened by a corresponding regulation, depending on the type and the amount of the deviation.
  • the volume flow could be used as a further process parameter during firing or the air flow in the overall system, for example in the tool, can be detected.
  • a course of the volume flow or the air flow extending over the shooting process could be used as the target specification, so that in the event of a deviation from the target values, intervention is made, which ultimately affects the course of time and / or the required Pressure affects.
  • Increasing blockage of the shot nozzles could be counteracted at least to a certain extent by increasing the pressure.
  • the air flow in particular the amount of air flowing out of the tool, as process parameters during the venting of the tool. As soon as a predeterminable amount of air has escaped, the tool could be opened, depending on the internal volume of the tool.
  • a preferably electromagnetic venting valve is controlled in such a way that the pressure prevailing in the tool drops - gradually - while avoiding pressure jumps.
  • a linear pressure drop has proven to be particularly advantageous in order to To avoid sand particles being carried along to the vent valve or backwards into the shot nozzles. Blockages caused by entrained sand particles should be effectively avoided here.
  • the individual production steps or processes and / or the detected and / or ascertained process parameters could preferably be compared with an optimal curve of the process course via a graphic that can be shown on a display.
  • an optical comparison can be made on the basis of two curves, the operator being able to intervene interactively - regulatingly - when the curves deviate, namely on the basis of the comparison or any deviations.
  • An automatic adjustment in the event of corresponding deviations is also conceivable, such an adjustment having a regular effect on the time course of the process.
  • the - ideal - process duration could be determined on the basis of the detected and / or determined process parameters, the aim being to minimize the cycle time. For example, one could stipulate that maintenance should be carried out or that the tool be replaced when a predefined cycle time is exceeded.
  • the respective process is monitored with regard to any errors or defects on the tool or on the machine itself.
  • the ideal time for an automatic tool change can also be defined, so that the shortest possible cycle time can be achieved with a tool that is always correct.
  • the - optimal - maintenance interval can also be calculated on the basis of the detected and / or determined process parameters, so that the cycle time can be minimized, but above all the unnecessary repair work can be minimized due to proper and adequate maintenance.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung von Gussformen, insbesondere bestehend aus Kernen oder Kernpaketen, wobei Formstoffe, vorzugsweise Formsande, über ein gasförmiges Strömungsmedium, vorzugsweise über Luft, unter vorgebbarem Druck in eine Formkammer eingeblasen bzw. eingeschossen werden, die geschossene und dabei verfestigte Form entlüftet, das Werkzeug geöffnet und nach Öffnen des Werkzeugs die geschossene Form entnommen wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schiessvorgang und/oder der Vorgang des Entlüftens über detektierte und gegebenenfalls aufbereitete Prozessparameter nach einer beliebig vorgebbaren Vorschrift geregelt wird.

Description

„Verfahren zur Herstellung von Gussformen"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gussformen, insbesondere bestehend aus Kernen oder Kernpaketen, wobei Formstoffe, vorzugsweise Formsande, über ein gasförmiges Strömungsmedium, vorzugsweise über Luft, unter vorgebbarem Druck in eine Formkammer eingeblasen bzw. eingeschossen werden, die geschossene und dabei verfestigte Form entlüftet, das Werkzeug geöffnet und nach Öffnen des Werkzeugs die geschossene Form entnommen wird.
Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf das Gebiet der Giessereitechnik. Zum Giessen von Formstücken jedweder Art werden Giessereikerne oder -formen meist in getrennten Teilen hergestellt, zusammengeführt und miteinander zu einer Gussform bzw. zu einem Kernpaket verbunden. Diese Kernpakete werden dann zur Herstellung eines beispielsweise metallischen Werkstücks mit geschmolzenem Metall gefüllt, wobei in der Serienfertigung die mit geschmolzenem Metall zu füllenden Kernpakete hintereinander aufgereiht die Fertigungsstrasse durchlaufen.
Kern- und Maskenschiessmaschinen der zuvor genannten Art sind seit Jahrzehnten aus der Praxis bekannt. Lediglich beispielhaft wird hier auf die DE 31 48 461 C1 verwiesen, die eine Kern- und Maskenschiessmaschine offenbart.
Bislang erfolgte die Fertigung giessfertiger Masken oder Kernpakete von einer Steuereinrichtung bzw. einem Steuerpult aus, wobei der Fertigung eine feste Steuerung vorgegeben ist. Bei einer Änderung des Fertigungsablaufs bzw. bei einer Änderung einzelner Fertigungsschritte oder Fertigungsstationen ist eine Änderung bzw. Anpassung der Steuerung erforderlich gewesen. Eine automatische Überwachung oder gar Regelung des Fertigungsprozesses, insbesondere des eigentlichen Schiessvorgangs über die Entlüftung bis hin zur Entnahme des geschossenen Kerns, ist nicht erfolgt.
Nun können beim Schiessen von Gussformen einerseits beim eigentlichen Schiessvorgang und andererseits beim Entlüften und anschliessenden Öffnen der Form ganz erhebliche Probleme auftreten, die einer Optimierung des Fertigungsprozesses entgegen wirken. So können sich beispielsweise einzelne Schussdüsen und/oder Ent- lüftungsdüsen mit Kernsand zusetzen, so dass sich zwangsweise eine längere Prozessdauer oder ein nicht hinreichendes Ergebnis der Fertigungsprozesses ergibt. Werkzeugverschleiss oder Beschädigungen am Werkzeug wirken einem optimalen Fertigungsergebnis ebenfalls entgegen. Ein zu schnelles Entlüften der Schusshaube nach dem Schiessvorgang würde ein Aufwirbeln bzw. Rückströmen von Sand verursachen, wodurch einerseits das Fertigungsergebnis und andererseits die Fertigungsqualität, insbesondere aber auch die Taktzeit, negativ beeinflusst werden.
Aus der DE 44 22 353 C2 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Gussformen oder Teilen solcher Formen bekannt, wobei dort der Einblasvorgang bzw. Schiessvorgang zu einem Zeitpunkt beendet wird, der eine Funktion des Drucks in der Formkammer ist. Im Konkreten wird dort der Einblasvorgang beendet, wenn der Druck in der Formkammer ein Maximum durchlaufen hat. Das Maximum des Drucks ist demnach Indikator für die Beendigung des Einblasvorgangs. Weitere Parameter werden hier nicht hinzugezogen.
Das aus der DE 44 22 353 C2 bekannte Verfahren ist jedoch in der Praxis problematisch, da lediglich ein Druckmaximum detektiert wird. Entsteht beispielsweise ein Druckmaximum bei sich zunehmend verstopfenden Düsen, so wird der Einblasvorgang beendet, ohne dass eine hinreichende Formgebung hat stattfinden können. Letztendlich handelt es sich bei dem bekannten Verfahren um eine Steuerung, wobei der zur Steuerung dienende Parameter das Druckmaximum innerhalb der Formkammer ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsbildenden Art derart weiterzubilden, dass eine Prozessüberwachung zur Qualitätssicherung mit einfachen Mitteln stattfindet.
Das erfindungsgemässe Verfahren löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist das gattungsbildende Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Schiessvorgang und/oder der Vorgang des Entlüftens über detektierte und gegebenenfalls aufbereitete Prozessparameter nach einer beliebig vorgebbaren Vorschrift geregelt wird. Im Gegensatz zum gattungsbildenden Stand der Technik findet hier keine Steuerung bei Detektion eines maximalen Drucks statt, wird vielmehr eine Regelung vorgenommen, der Prozessparameter nach einer beliebig vorgebbaren Vorschrift zugrunde liegen. Betroffen sind jedenfalls die Prozesse des eigentlichen Schiessens und des Entlüftens vor Entnahme der geschossenen und verfestigten Form. Ziel einer solchen Regelung ist die Reduzierung der Taktzeit, die Automatisierung des Fertigungsprozesses sowie die Erkennung von Defekten bzw. Fehlern über Rückschlüsse aus den Prozessparametern und den sich daraus ergebenden Taktzeiten.
Im Konkreten könnten der Regelung einzelne Prozessparameter, vorgebbare Kombinationen der Prozessparameter oder Algorithmen auf Basis der Prozessparameter zugrundegelegt werden. Des weiteren könnte für den jeweiligen Verfahrensabschnitt bzw. Prozess, d.h. für das eigentliche Schiessen und/oder für das Entlüften, eine maximale Prozessdauer als besondere Prozessparameter vorgegeben werden. Würde sich aufgrund der sonstigen Prozessparameter eine längere Prozessdauer ergeben bzw. berechnen, so könnte man daraus Rückschlüsse auf einen Defekt ableiten, beispielsweise auf verstopfte Düsen, Fehler am Werkzeug oder dergleichen. Letztendlich kommt es dabei auf die detektierten Parameter an, die unterschiedliche Rückschlüsse auf die Qualität der Fertigung und/oder den Zustand des Werkzeugs zulassen.
An dieser Stelle sei ganz besonders hervorgehoben, dass als Prozessparameter der sich im Gesamtsystem während des Schiessens aufbauende bzw. dort herrschende Druck detektiert werden kann. Dabei kann es sich im Konkreten um den Druck im Schussluftreservoir, im Sandbunker, im Werkzeug, in den Leitungen oder sonstwo im System handeln. Im Gegensatz zu einer Steuerung bei Erreichen eines vorgegebenen oder vorgebbaren Maximaldrucks könnte hier ein Druckverlauf bei ordnungsge- mässem Schiessvorgang zugrundegelegt werden, mit dem der tatsächliche Druckverlauf über den Schiessvorgang hinweg verglichen wird. Weicht der tatsächliche Druckverlauf von dem vorgegebenen Druckverlauf ab, so könnte über eine entsprechende Regelung die Dauer des Schiessvorgangs verlängert oder verkürzt werden, und zwar je nach der Art und dem Betrag der Abweichung.
Alternativ oder zusätzlich zu der Detektion des Drucks bzw. des Druckverlaufs könnte als weiterer Prozessparameter während des Schiessens der Volumenstrom bzw. die Luftströmung in dem Gesamtsystem, so bspw. im Werkzeug, detektiert werden. Auch hier könnte ein sich über den Schiessvorgang erstreckender Verlauf des Volumenstroms bzw. der Luftströmung als Soll-Vorgabe zugrundegelegt werden, so dass im Falle eines Abweichens von den Soll-Werten regelnd eingegriffen wird, was sich letztendlich auf den Zeitverlauf und/oder auf den erforderlichen Druck auswirkt. Einer zunehmenden Verstopfung der Schussdüsen könnte durch Druckerhöhung zumindest in einem gewissen Rahmen entgegengewirkt werden.
Ebenso ist es denkbar, die in das Werkzeug eingeblasene Sandmenge als Prozessparameter zu detektieren, wobei dies beispielsweise über den Gewichtsverlust im Vorratsbehälter oder über die Gewichtszunahme im Werkzeug bzw. in der Formkammer erfolgen kann. Der Schiessvorgang könnte unter Zugrundelegung mehrerer Prozessparameter beendet werden, und zwar unter Berücksichtigung des konkreten Verlaufs der Prozessparameter über den Fertigungsprozess hinweg.
Ebenso ist es denkbar, den Verlauf den Entlüftungsvorgangs und gegebenenfalls den Zeitpunkt des Öffnens des Werkzeugs über detektierte und gegebenenfalls aufbereitete Prozessparameter zu regeln, und zwar ähnlich wie im Falle des eigentlichen Schiessvorgangs. Während des Entlüftens des Werkzeugs könnte der Druckverlauf innerhalb des Werkzeugs als Prozessparameter detektiert werden und könnte ein Vergleich mit einem vorgegebenen Druckverlauf bei ideal erfolgter Entlüftung stattfinden.
Des weiteren ist es möglich, während des Entlüftens des Werkzeugs die Luftströmung, insbesondere die aus dem Werkzeug strömende Luftmenge, als Prozessparameter zu detektieren. Sobald eine vorgebbare Menge an Luft entströmt ist, könnte das Werkzeug geöffnet werden, wobei dies von dem inneren Volumen des Werkzeugs abhängig ist.
Im Rahmen einer ganz besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsge- mässen Verfahrens wird beim Entlüften des Werkzeugs ein vorzugsweise elektromagnetisch arbeitendes Entlüftungsventil derart angesteuert, dass der im Werkzeug herrschende Druck unter Vermeidung von Drucksprüngen - allmählich - abfällt. Ein linearer Druckabfall hat sich ganz besonders vorteilhaft erwiesen, um nämlich wirk- sam zu vermeiden, dass Sandpartikel zum Entlüftungsventil hin oder rückwärts in die Schussdüsen hinein mitgerissen werden. Verstopfungen durch mitgerissene Sandpartikel sollen hier wirksam vermieden werden.
Des weiteren könnten die einzelnen Fertigungsschritte bzw. Prozesse und/oder die detektierten und/oder ermittelten Prozessparameter vorzugsweise über eine auf einem Display darstellbare Grafik mit einer optimalen Kurve des Prozessverlaufs verglichen werden. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung lässt sich ein optischer Vergleich anhand zweier Kurven vornehmen, wobei die Bedienungsperson beim Abweichen der Kurven, nämlich unter Zugrundelegung des Vergleichs bzw. etwaiger Abweichungen interaktiv - regelnd - eingreifen kann. Eine automatische Anpassung bei entsprechenden Abweichungen ist ebenfalls denkbar, wobei sich eine solche Anpassung regelmässig auf den Zeitverlauf des Prozesses auswirkt.
Wie bereits zuvor erwähnt, könnte unter Zugrundelegung der detektierten und/oder ermittelten Prozessparameter die - ideale - Prozessdauer ermittelt werden, wobei eine Minimierung der Taktzeit angestrebt wird. So könnte man beispielsweise vorgeben, dass bei Überschreiten einer vorgebbaren Taktzeit eine Wartung durchgeführt wird oder einen Austausch des Werkzeugs stattfindet.
Jedenfalls ist es grundsätzlich denkbar, dass unter Zugrundelegung der detektierten und/oder ermittelten Prozessparameter der jeweilige Prozess hinsichtlich etwaiger Fehler oder Defekte am Werkzeug oder an der Maschine selbst überwacht wird. Letztendlich besteht die Möglichkeit, über die ermittelten und gegebenenfalls aufbereiteten Prozessparameter Rückschlüsse auf die Qualität der Fertigung und/oder den Zustand des Werkzeugs bzw. der Maschine zu ziehen. Unter Zugrundelegung der detektierten und/oder ermittelten Parameter lässt sich beispielsweise auch der ideale Zeitpunkt für einen automatischen Werkzeugwechsel definieren, so dass bei stets ordnungsgemässem Werkzeug eine geringst mögliche Taktzeit realisierbar ist. Ebenso lässt sich unter Zugrundelegung der detektierten und/oder ermittelten Prozessparameter das - optimale - Wartungsintervall berechnen, so dass auch insoweit eine Minimierung der Taktzeit, vor allem aber auch eine Minimierung unnötiger Reparaturarbeiten aufgrund ordnungsgemässer und hinreichender Wartung, realisierbar ist. Abschliessend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehende Erörterung der beanspruchten Lehre diese nicht über die Patentansprüche hinaus einschränkt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung von Gussformen, insbesondere bestehend aus Kernen oder Kernpaketen, wobei Formstoffe, vorzugsweise Formsande, über ein gasförmiges Strömungsmedium, vorzugsweise über Luft, unter vorgebbarem Druck in eine Formkammer eingeblasen bzw. eingeschossen werden, die geschossene und dabei verfestigte Form entlüftet, das Werkzeug geöffnet und nach Öffnen des Werkzeugs die geschossene Form entnommen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Schiessvorgang und/oder der Vorgang des Entlüftens über detektierte und ggf. aufbereitete Prozessparameter nach einer beliebig vorgebbaren Vorschrift geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Regelung einzelne Prozessparameter, vorgebbare Kombinationen der Prozessparameter oder Algorithmen auf Basis der Prozessparameter zugrundegelegt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den jeweiligen Verfahrensabschnitt bzw. Prozess - Schiessen und/oder Entlüften - eine maximale Prozessdauer als Prozessparameter vorgegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schiessens der sich im Gesamtsystem - Sandbunker, Werkzeug, Leitungen, etc. - aufbauende bzw. dort herrschende Druck als Prozessparameter detektiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schiessens der Volumenstrom bzw. die Luftströmung im Gesamtsystem als Prozessparameter - an beliebigen Stellen - detektiert wird.
6. Verfahren nach, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schiessens die in das Werkzeug eingeblasene Sandmenge als Prozessparameter detektiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Entlüftungsvorgangs und ggf. der Zeitpunkt des Öffnens des Werkzeugs über detektierte und gegebenenfalls aufbereitete Prozessparameter geregelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Entlüftens des Werkzeugs der Druckverlauf innerhalb des Werkzeugs als Prozessparameter detektiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Entlüftens des Werkzeugs die Luftströmung, insbesondere die aus dem Werkzeug strömende Luftmenge, als Prozessparameter detektiert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Entlüften des Werkzeugs ein vorzugsweise elektromagnetisch arbeitendes Entlüftungsventil derart angesteuert wird, dass der im Werkzeug herrschende Druck unter Vermeidung von Drucksprüngen, vorzugsweise linear, abfällt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Prozesse und/oder die detektierten und/oder ermittelten Prozessparameter vorzugsweise über eine auf einem Display darstellbare Graphik mit einer optimalen Kurve des Prozessverlaufs vergleichbar sind bzw. ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Prozess unter Zugrundelegung des Vergleichs bzw. etwaiger Abweichungen interaktiv oder automatisch beeinflussbar ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass unter Zugrundelegung der detektierten und/oder ermittelten Prozessparameter die Prozessdauer ermittelt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass unter Zugrundelegung der detektierten und/oder ermittelten Prozessparameter der jeweilige Prozess hinsichtlich etwaiger Fehler oder Defekte überwacht wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass unter Zugrundelegung der detektierten und/oder ermittelten Prozessparameter der Zeitpunkt für einen automatischen Werkzeugwechsel definiert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass unter Zugrundelegung der detektierten und/oder ermittelten Prozessparameter das Wartungsintervall berechnet wird.
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